高聚物及流变学.ppt

高聚物流变学;0 绪论;0.1 聚合物流变学的研究内容;（4）聚合物流变性能的表征和测定方法。 （5）聚合物流变学的实际应用。;0.2聚合物流变行为的特性;完全流体(Perfect fluid )和线性粘性流体（Linear viscous fluid）即牛顿流体。 完全流体可被认为是粘性流体的特例，即速度梯度很小时的粘性流体 2、晶体和液体的热力学含义 晶体和液体除其力学意义外，还用来表示材料的热力学性质和分子结构。下图是低分子物质比容随温度变化的曲线;低于Tm时，该材料在力学上是线弹性体， 高于Tm时，该材料表现为线性粘性流体，熔点时材料从晶相变为液相。;3、聚合物的特性 （1）在液氮中冷却的硫化天然胶 （a）硫化橡胶分解之前是固体，但不结晶 （b）高弹态的材料应采用非线性弹性的模式 （c）接近Tg时的实验发现硫化橡胶有变形的时间依赖性（Time-dependent behavior)， 需用粘弹性???式来描述这种性质。;（2）未硫化的天然胶 （a）高温时会流动，施加力大时，不是牛顿流体，需用非线性的粘性流体模式描述 （b）温度稍高于Tg时， 1、力小，移除，则表现为弹性体 2、力不移除，形变随时间增加，且不能恢复，表现为粘性，故称之为 粘弹性液体（Viscoelastic liquid）。;1 流变学的基本概念;1.1简单实验;1.2 应变(Strain);ε是边长变化量与原始长度之比。 ε 0,试样膨胀，ε 0,试样被压缩， ;;3、简单剪切和简单剪切流动(Simple shear and simple shearing flow);对液体来说，变形随时间变化，对简单剪切流动，其变形可用剪切速率（Rate of shear）表示：;1.3 应力（Stress）;1.4 应力的分量表示法和应力张量;可以用一个数组来表示三个方向上的应力矢量;1.5简单实验中的应力张量; ;2、各向同性的压缩;3、简单剪切 简单剪试验中，应力与作用面平行。如图;顺时针方向的总力矩dL为 dL=tyxdxdydz-txydxdydz 要使该体积单元平衡，总力矩dL必须为零，即 tyx＝txy，因此，在简单剪切实验中，应力张量为;1.6 接触力（内力）;若分隔面与z轴平行但与y轴成θ角;1.7应变张量;对任意的应变，可以用exx, eyy, ezz 等六个应变分量来描述，这样的定义叫工程应变;为了能用张量来描述变形，张量表示法中的切应变分量定义为工程应变的1／2，故应变的张量表示式如下：;2 线性弹性;2.1虎克定律与弹性常数;流变学中采用另一个弹性常数υ 来表示侧边变形的大小;所以;2.2线性弹性变形的特点;2.3弹性常数之间的关系;2.4聚合物的弹性模量;结晶性线型聚合物：坪台区较宽，坪台处的模量较高，这是由于微晶的存在起到交联的作用。;2.5线弹性的适用范围;;2.9多相系统—加填料的聚合物;;2、球形的弹性填料—理论 若聚合物是高弹态材料,且填料的K1与K0有相同数量级 或更大,复合材料的K值为: ;3 线性粘性流动;3.1稳定的简单剪切流动;对于非简单流动，v不是坐标y的线性函数;3.2牛顿定律;3.3 线性粘性变形的特点;3.4 流动方式;柱坐标系(r，θ，z)下θ方向的动力学方程：;;3.4.3 锥板流动（Cone and plate flow） 当α 4° 时，可近似地把锥板之间的流动认为是简单剪切流动;3.5 粘度的测定;(2)熔融指数仪;（4）毛细管粘度计 用于测定聚合物熔体的绝对粘度，为保证在毛细管中的流动是稳态的层流，这就要求毛细管的长径比L/D=20以上。 采用圆管机头，由于存在进口效应，计算粘度会偏高，通常采用Bagley校正法对进口效应进行校正;;3.6聚合物稀溶液的粘度;Huggins提出的方程:;3、特性粘数的分子理论 Debye的理论;Debye理论描述了分子大小对粘度的重要性，但忽略了以下几个重要因素： （1）聚合物与溶剂分子间的相互作用 良溶剂中，聚合物分子线团的尺度S2比在弱溶剂中大。 （2）聚合物分子的结构 S20=K0M (无规飞行条件下，θ温度时) 由于空间的排他性，聚合物分子的尺寸要比S20大些， S2正比于M的1次方以上。 良溶剂中S2/ S20=α2 （3）水力学的相互作用（Hydrodynamic interaction） ;聚合物分子在稀溶液中的作用好像一个半径正比于s21/2的圆球;3.7悬浮体的粘度;3.8聚合物熔体的粘度;2、熔融粘度的分子理论 单个大分子链不能作为整体流动，