高分子流变学教案6.pptVIP

最简单的塑性行为——宾汉（Bingham）塑性 定义如下: , S＝G? SSy SSy 式中，Sy为屈服应力；在SSy时，宾汉性材料表现为线性弹性律，只发生变形?，服从虎克定律。当SSy时它变为液体，发生牛顿流动，此时流体称为理想宾汉流体 理想宾汉流体的粘度称之为塑性粘度或宾汉粘度，以?p表示 或 具有宾汉塑性的常见流体有泥浆、牙膏、油漆和沥青等，宾汉流体塑性行为或流动临界应力的存在，一般解释为与分子缔合或某种结构的破坏有关 较复杂的塑性行为包括假塑性宾汉流体等： Herschel-Bulkley： Casson： 6.4.4 触变性（Thixotropy） 主要指非牛顿流体的粘度与时间的关系，在恒定剪切速率下粘度随时间增加而降低。 假塑性流体：在剪切流动时，发生分子定向、伸展和解缠绕，粘度随剪切速率增大而降低。但当剪切流动停止或剪切速度减小时，分子定向等就立即丧失恢复至原来状态 触变性流体：如果连续地增大剪切速度，测定剪切应力S，以S对剪切速率作图。如下图中的升高曲线Ⅰ。再使剪切速率连续下降，测得下降曲线Ⅱ，但下降曲线并不与Ⅰ重合。两条曲线之间的面积定义了触变性的大小，它具有能量的量纲。阴影面积正是单位面积中凝胶结构被破坏的外界所作的功 。 触变性流体的结构变化 触变性流体通常具有三维网络结构，称之为凝胶，由分子间的氢键等作用力而形成；由于这种键力很弱、当受剪切力作用，它很容易断裂，凝胶逐渐受到破坏，这种破坏是有时间依赖性的，最后会达到在给定剪切速率下的最低值，这时凝胶完全破坏，成为“溶胶”。当剪切力消失时，凝胶结构又会逐渐恢复，但恢复的速度比破坏的速度慢得多。触变性就是凝胶结构形成和破坏的能力 触变性流体的剪切速率－粘度曲线 粘度曲线上的Ⅰ和Ⅱ点的剪切速率相同，但粘度不同，这是由于Ⅱ处受应力的历史比点Ⅰ长，凝胶破坏的程度大，来不及恢复 触变性流体的时间－粘度曲线 触变性的图示 粘度随剪切的时间下降达到最低值（“溶胶”状态），静止后结构恢复，最后恢复到凝胶状态，但恢复需要的时间长得多 不同的触变性表现为粘度恢复的快慢，虽然完全恢复需要较长时间，但初期恢复的比例常会在几秒或几分钟内达到30％～50％。这种初期恢复性在实际应用中很重要。对涂料、化妆品和药物等生产和应用十分重要 * * 第六章 非线性粘性（非牛顿流体） 6.1 聚合物熔体流动特性 聚合物熔体的流动不是线性粘性流动，即它们是非牛顿流体。其流动特性是与聚合物的分子结构有关的。聚合物为长链分子，又互相发生缠绕。在不受应力时，分子链通常以无规线团的形式存在，而在受应力发生流动时，分子链受应力的作用发生定向，同时缠绕逐步解体。这就产生了其粘度的剪切速率依赖性。由于有缠绕的存在，聚合物熔体流动时还有弹性的表现。下面的几种特殊的流动行为都可以用聚合物的分子结构，即分子链的定向及缠绕来解释 6.1.1粘度的剪切速率依赖性 牛顿流体的粘度在一定温度下是常数，与剪切速率无关，聚合物溶液和熔体的粘度则有很强的剪切速率依赖性。实验发现，存在两种相反的剪切速率依赖性 非牛顿流体的流动特性 重点 假塑性的曲线：粘度随剪切速率的增大而下降，这种性质称为假塑性（Pseudoplastic），或剪切稀化（Shear-thinning）。这种剪切稀化现象是由于流体中的粒子发生定向、伸展、变形或分散等使流动阻力减少而造成的。剪切稀化现象是可逆的，即当剪切速率下降或消失时流体的粘度就立即或仅有短时间的滞后即恢复至原来的粘度 膨胀性的曲线：粘度随剪切速率的增大而上升，这种性质称为膨胀性（Dilatancy），也称为剪切稠化（Shear thickening）。典型的膨胀性流体是PVC糊，其中增塑剂的加入量较少，刚刚足够润滑所有固体表面，填充固体粒子之间的牢隙。当剪切速率增加时，增塑剂来不及与固体粒子一起流动，不能完全填充固体粒子间的空隙，造成体系的粘度上升 塑性的曲线：显示出一个屈服应力?y，当应力小于?y时，流体不流动，只发生切应变?，应力＝0。当应力?y后，流体才发生流动，显示出假塑性 6.1.2 粘度的时间依赖性 触变（摇溶）流体： 恒定剪切速率下粘度随时间增加而降低的液体 反触变（流凝）流体： 恒定剪切速率下粘度随时间增加而增加的液体 6.1.3聚合物熔体的弹性 研究熔体弹性，一般从应力的回复和法向应力入手 （1）应力的回复 高聚物熔体受剪切应力或拉伸应力作用，不但有消耗能量的流动，同时也储存能量。一旦作用应力或边界约束去除，此储存的弹性能会产生可回复的形变。 弹性变形在外力除去后的松弛快慢，由松弛时间所决定（这将在第七章介绍）