第一章高分子材料加工流变学概论二讲.pptVIP

第一章 高分子材料加工流变学概论 本讲重点： 第一节：高分子材料流体的剪切流动 一、几个基本概念 １．塑料的四种聚集状态 结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态 ２、什么叫应力？ 作用于物体上并使物体产生形变或者运动的力叫应力 在塑料加工中常用到的应力有三种： 剪切应力：施于物体运动方向上使物体界面产生相对运动的力 拉伸应力：使物体按一定方向拉伸而伸长的力。 压缩应力：作用于物体的垂直面上而使物体压缩的力。 塑料受外力作用产生流动，流动的类型也有三种： 层流：雷若准数＜２１００～２３００ 混流：Ｒe＝２３００～４０００ 湍流：Ｒe＞4000 3.拉伸流动和剪切流动 二、塑料熔体的流动行为特点 １、流体流动的三个基本方程 (1)连续性方程 意义：液体在管道内作稳定流动时单位时间内通过任一载面的流量是不变的。因而管径大的地方流动速度小，小的地方流动速度大。这样就保持了质量不变。其数学表达式为： m=u1·A1·ρ1= u2·A2·ρ2 (2)动量方程 意义：理想液体（无粘性、不可压缩）在管内作稳定流动时，其压力和速度仅是位置的函数，不随时间而变．数学表达式为： 　　u=V1/A1=V2/A2 (3) 能量方程 意义：液体流动单元中总能量不变，但各种能量之间可以互相转换．数学表达式为： 　　v2/2g +Ｐ/ρ + z = C(常数) v2/2g－表示动能　　P/ρ－表示压力能　 z－表示位能 2.高分子熔体的流动粘度 大多数成型过程中都要使聚合物处于流动状态，因 为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形， 输送和成型。也就是说高分子材料的成型加工就是利用 聚合物的流动变形来实现的。为使聚合物在成型中易于 流动和变形，都要将聚合物变成粘流体或溶液或分散体 (悬浮液) 这些都属于液体的范畴。也就是都属高分子 流体。 通过化工原理知流体在流动时存在抗拒内在的向前 运动的特性，这种特性就是黏性，主要与流体的剪切应 力与剪切速率有关，也就是牛顿粘性定律。根据牛顿粘 性定律，各种流体的流动粘度与剪切应力和剪切速率的 关系不同，现分述如下： 1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘 度依赖于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应 力和剪切速率的变化无关，即η为常数。其数学关系 式为： 牛顿粘度η ，又叫切变粘度系数，简称粘度，单位 Pa.S。定义为产生单位剪切速率（速度梯度）所必须 的剪切应力值。它表征液体流动时流层之间的摩擦阻 力，即抵抗外力引起流动变形的能力。仅与流体的分 子结构和外界条件有关，不随剪切应力和剪切速率而 变。 2、宾哈流体：与牛顿流体基本相同，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后才发生塑性流动。 3、假塑性流体：这种流体是非牛顿流体，剪切应力与剪切速率呈幂指数关系，流动曲线是抛物线形。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。多数聚合物熔体，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。  n1  4、膨胀性流体：这种流体的流动与假塑性流体相反，它的表观粘度随剪切应力的增加而上升。  n1  各类流体的流动与应力的关系式如下表 流体的流动粘度与应力的关系 聚合物不同类型的流动曲线 不同成型工艺剪切速率范围 三、影响塑料熔体流动(粘度)的因素P14 （一）温度的影响 温度增加粘度下降，流动性增加。影响程度分为两种情况： 1、在温度为TTg+100℃时（阿雷尼厄斯方程） 对于服从幂律方程的流体（假塑性流体）活化能E与流动指 数n的关系为：Er=nEτ 活化能：每摩尔运动单元流动时所需要的能量，活化能越 大，粘度对温度越敏感，温度升高时，粘度下降越明显。 几种聚合物熔体的活化能 2.在较低温度(T≈Tg+100℃)时: （三）分子结构的影响 1、分子链的极性：极性越大，粘度越高，流动性越差。 2、分子量：分子量越大，粘度越高，流动性越差。 3、分子量分布：分子量分布宽比分布窄的，剪切速率提高，粘度下降变化明显。 4、支化：分子链是否支化及其支化程度对粘度影响很大，在相同相对分子质量下有支化