流变学应用 1.pptVIP

目 录 材料与流变曲线 材料与流变曲线 材料分类(依据粘弹性划分) 粘性材料：水，矿物油，硅油，… 弹性材料：弹簧，钢珠，… 粘弹性材料：大多数真实材料，如： 高分子材料（塑料、橡胶、热固性 材料），复合材料，高分子溶液，黏合剂 涂料，油漆，油墨，油脂，沥青，化装品 食品，药品，… 材料分类(依据温度划分) 流体 熔体 固体 聚合物材料的基本特征 分子量大，分子结构复杂 形态结构复杂，存在明显的相结构，多相体系很普遍 应用广泛，遍及工业和日常生活的各个领域 性能多变，在不同的环境和条件下，呈现不同性能 制备、加工过程复杂，需要专用技术和专业设备 流变曲线 - 材料粘弹性能的量化 粘弹性参数： 粘度： ?*, ? , ? 模量：G*, G, G 柔量：J*, J, J 力学松弛： ? , tan? 松弛时间谱H(?) 和 阻弛时间谱L(?) 影响粘弹性的因数： 分子结构和多相结构 温度 时间/频率 应力 应变 和 剪切速率 流变曲线 - 材料粘弹性能的量化 粘弹性参数 VS 影响粘弹性的因数 之关系曲线 流变信息的用途 流变应用: 结构 – 流变 – 性能 聚合物结构：分子结构，形态结构 分子量；分子量分布；支化及支化度；交联度；结晶度；无规度；多相体系性质；Tg；聚集/解离；… 流变曲线分析 流变曲线分析 流变曲线基本类型 流动曲线 振幅扫描 时间/温度扫描 频率扫描 蠕变曲线 应力松弛曲线 流动曲线 流动曲线： 粘度 VS 剪切应力 或 剪切速率 剪切应力 VS 剪切速率 法向力：N1 vs 剪切速率 测量模式： 稳态 或 动态 例2: 粘度曲线形状 – 聚合物熔体 例3: 粘度曲线形状 – 毛细管流变仪和旋转流变仪数据之比较 例5: 粘度曲线形状 – 屈服应力 例6: 粘度曲线形状 – 触变性 复杂流动 - 法向力 与聚合物的口模胀大有关 能确定涂覆 / 滚动和混合之问题 测量聚合物在恒定法向力下的热收缩/膨胀 法向力 - 纸用涂料 振幅扫描 振幅扫描曲线： 粘度、模量、损耗 VS 应力 或 应变 测量模式： 动态 振幅扫描 确认线性粘弹性区域 测量内在结构 显示样品稳定性 为其它实验找出合适的应力/应变 振幅扫描 振幅扫描 - 预测相稳定性 时间/温度扫描 时间/温度扫描曲线： 粘度、模量、损耗 VS 温度 粘度、模量、损耗 VS 时间 测量模式： 动态 聚合物性能 vs 温度 或 时间 频率扫描 频率扫描曲线： 粘度、模量、损耗 VS 频率 测量模式： 动态 频率扫描 - 材料的时间谱 力学谱 ，类似于红外谱 指纹特征 显示与时间相关的加工行为 聚合物熔体的粘弹性能 G’/G’’ 交叉点敏感与: 经过交叉频率时的分子量 经过交叉模量时的分子量分布 低频时的弹性模量与平衡柔量相关，所以对分子量分布很敏感 蠕变和蠕变回复测量能提供同样的信息： 稳态蠕变数据 - 零剪切粘度 - 分子量 可回复的平衡柔量 - 分子量分布 频率扫描 - 粘弹性行为综合 聚合物主曲线 1 聚合物主曲线 2 聚合物主曲线 3 频率扫描 - 聚合物溶液 频率扫描 - 聚合物溶液 预测液皂的拖尾 蠕变测量 蠕变曲线： 柔量 VS 时间 回复曲线： 柔量 VS 时间 测量模式： 瞬态 蠕变测量 - 能提供何种信息？ 零剪切粘度 - 结构测量 - 与平均分子量有关 (聚合物) 模拟重力应力 - 流平 / 塌陷 - 悬浮体稳定性 直接测量样品弹性 结构重建 (触变性) 预测塌陷 - 密封剂 应力松弛测量 应力松弛曲线： 模量 VS 时间 松弛时间谱H(?) 测量模式： 瞬态 应力松弛测量 - 1 PDMS - 粘弹性响应 连续松弛时间谱 应力松弛测量 - 2 样品：面筋 双峰松弛时间谱 数据经过多段数据采集优化处理 应力松弛测量 - 3 如何读流变曲线 如何读流变曲线 基本知识 流变曲线是材料粘弹性能的具体量化，是通过流变仪在可控的条件下得到的测量结果。因此，为了更好的理解流变曲线的所提供的信息，需要具备三方面的基本知识：流变基础知识、流变测量知识和相关材料的知识。 熟悉基本流变曲线，清楚其提供的信息意义 材料千变万化，但基本流