[理学]聚合物流变学5.ppt

5 非线性粘性（非牛顿流体） 5.1 聚合物熔体流动特性 5.2 非牛顿流体的稳态剪切流动 5.3韦森伯-拉宾诺维奇（Weissenberg-Rabinowitch）校正 5.4 非牛顿流体的流动曲线 5.5 聚合物熔体的流动曲线 5.6 法向应力效应（Normal stress effect） 5.7 扭矩式流变仪 挤出温度升高; 挤出速度下降; 体系中加入填料; 5.2 非牛顿流体的稳态剪切流动 5.3韦森伯-拉宾诺维奇校正 5.4 非牛顿流体的流动曲线 （1）无管虹吸，拉伸流动和可纺性 影响拉伸粘度的因素 拉伸应变速率； 温度； 分子量及分子量分布； 混合 温度的影响 拉伸粘度的测定 ①恒定应力测定法 ②恒定应变速率测定法 ③毛细管流变仪测定法 5.6 法向应力效应（Normal stress effect） 2．分子量对聚合物粘度的影响 160 84 46 31 11.5 1.1 2.4 10-1 101 103 105 107 102 103 104 105 106 107 10 3．聚合物熔体的拉伸粘度 流体的流动除剪切流动外，还可发生拉伸流动。拉伸流动在聚合物的某些加工工艺．如纤维的拉丝和双向拉伸薄膜成型等中十分重要。 纺丝 无管虹吸 单轴拉伸 拉伸流动 可纺性 双轴拉伸 薄膜吹塑 拉伸流动：物料运动的速度方向与速度梯度方向平行 压延、挤出、注塑等 1906年特鲁顿（Trouton）沥青和蜡 纺丝过程：单轴拉伸流动 可纺性用 表示 拉伸丝条断裂时的拉伸比 可纺性好 分子量低 微裂纹破坏 分子量高 内聚破坏 分子量分布窄 流体发生拉伸流动时的粘度称为拉伸粘度。与剪切流动不同，拉伸流动中流速的变化方向与流速方向相同，而在剪切流动中流速的变化方向则与流速垂直。拉伸应变速率或拉伸速度梯度为 拉伸粘度可定义为 更确切地说应称为单轴拉伸粘度，又称特鲁顿粘度。 对线性弹性体，如GK，E＝3G，可以证明： 而对于x-y水平面的双轴均匀拉伸，即 则有 式中， 为双轴拉伸粘度 聚合物拉伸粘度和拉伸应力关系分类： 特鲁顿型；拉伸硬化型；拉伸稀化型 特鲁顿型：聚甲基丙烯酸甲酯；聚苯乙烯；聚砜；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚碳酸酯；聚酰胺；聚苯二甲酸丁二醇酯；丁基橡胶等 拉伸硬化型：低密度聚乙烯；顺式1，4聚异戊二烯等 拉伸稀化型：线形聚烯烃（高密度聚乙烯、聚丙烯）；透明ABS等 聚合物拉伸粘度随着温度的提高而降低 聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚己内酰胺 时间/s 拉伸应变 表观拉伸粘度 ④非稳态拉伸 卷线处张力 重力 摩擦阻力 惯性力 纤维直径沿轴向的变化数据 采用摄影的方法，对稳定的丝条拍照 作图，斜率 4．聚合物熔体粘度与其加工 聚合物熔体的剪切速率依赖性很大，例如PMMA的熔体在6个数量级的剪切速率变化时其粘度可下降三个数量级。再加上其粘度 的温度依赖性，聚合物熔体在加工过程中其粘度的变化范围很大。 聚合物的几种主要加工方法中的剪切速率 范围为： 模压成型 1——100s-1 压延成型 10——100s-1 挤出成型(口模处) —1000s-1 注塑成型(喷口处) —10000s-1 这只是简化的报述，实际上每种加工方法中聚合物受到的剪切速率是有相当广的范围的。例如在挤出成型过程中，熔体在螺杆机筒的流动是多方向的，如在螺槽内的流动、逆流等，熔体在螺杆各点同时受到的各种不同流动的剪切速率是不同的． 10-1 100 101 102 103 104 105 流平 浸涂 刷涂 喷涂 我们来估计一下刷涂时的剪切速率： 假设刷子的移动速度为1m/s，即1000mm/s。刷涂的厚度为0.2mm，那么剪切速率： 用毛细管粘度计测定非牛顿流体的粘度，实际管壁处剪切应力为： 式中，ΔL为ΔP对D/L作图所得的直线外推至ΔP=0处在横轴的截距。 或 测定不同ΔP 的Q，可以得到不同SR时的D。lgSR对lgD作图得到曲线。求出不同SR时切线斜率，就能求出不同SR时真实剪切速率，可以得到SR与K关系曲线，即 Weissenberg曲线 定义： 则 或 牛顿流体： 狭缝粘度计校正式为 假塑性流体： 膨胀性流体： 根据公式 得： 幂律公式： n称为非牛顿指数： 或 5.4.1 幂律(Power law) 5.4.1 幂律(Power law) 对牛顿流体： n=1,K=η 因此 牛顿流体 假塑性非牛顿流体 膨胀性非牛顿流体 对非牛顿流体： n=0 n=0.1 n=1 n=3 n=∞ 假塑性 牛顿流体 膨胀性 泊肃叶流动中的流速分布 5.4.2 假塑性流体流动曲线的分析 在典型的假塑性非牛顿流体的流动曲线中，很宽的剪切速率范