第九章聚合物流变性

1、第九章 聚合物的流变性第九章 聚合物的流变性 9.1 9.1 牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 9.1.1 牛顿流体牛顿流体 牛顿流动定律： = 牛顿流体：符合牛顿流动定律的流体 如：水、甘油 图92 典型牛顿流体的流动曲线图91 切应力和切变速度的定义 9.1 9.1 牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 9.1.2 非牛顿流体非牛顿流体 非牛顿流体：不满足 = 的流体，都为非牛顿流体 图93 各种类型流体的、对的依赖性 N牛顿流体， D切粒增稠流体；S切力变稀流体 iB理想的宾汉体；pB假塑性宾汉体 （1）宾哈流体，也称塑性流体 即超过屈服应力y以后才流动， 且产生牛顿流动的流

2、体 宾汉方程：-y = 9.1.2 非牛顿流体非牛顿流体 （2）胀塑性流体 （切力增稠） 随 增加，显著增加，增大流体的 需要很大的 ，这样的流体称为胀塑性流体（胀流性流体） 9.1 9.1 牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 幂律定律： 非牛顿指数 n = 1 牛顿流体 n 1 胀塑性流体 表观粘度： 非牛顿流体a=k n-1 不反应流体不可逆的难易程度，只大致比较流动性好坏 零切粘度： （3）假塑性流体 （切力变稀） 流动曲线通过原点，随 的增加，增加的速率有 所降低，将曲线上的一点做切线，交于纵轴上都有一个 虚拟的y ，将这样的流体称为假塑性流体 如：几乎所有的高分子熔体的浓溶液

3、9.1.2 非牛顿流体非牛顿流体 a limlim 00 0 limlim a )(6 .101 )(86. 8 log )( )( log 0 0 TT TT a T T T g 0 9.1.2 非牛顿流体非牛顿流体 与时间有关的流体: (4) 触变性流体 维持恒定的 所需的随t的 增长而减少 如：涂料（摇溶性） 胶冻 油漆 (5) 流凝性流体： 维持恒定的 所需的 随t的增长而减少 如：一定下的饱和聚酯 （摇凝性） 图95 流体表观粘度与时间的关系 图96 触变体和流凝体的滞回流动曲线 9.1.3 聚合物的粘性流动聚合物的粘性流动 由幂律定律导出：lg = lgk+nlg n：斜率 流动曲

4、线可分为三个区域： 第一牛顿区：o： 0时的粘度 当 时，nTf：满足Arrehnius方程： = AeE/RT E粘流活化能 分子链较刚硬，或分子间作用力大，流动活化能高，温 敏性高聚物 加工时，控温为主 如：PMMA 分子链较柔顺，流动活化能小，表观粘度随T变化不大 加工时，控温，还要改变剪切速率 如：PE、POM T，则形变以粘性流动为主 当很大时，形变的观察时间t0， N1随的增大而增加，在低 区，N1 ， 高 ，N112 N10，在低 区，N20， 增高时，N2有所增加 9.3.3 法向应力效应法向应力效应 9.3.4 挤出物胀大挤出物胀大 巴拉斯效应巴拉斯效应 现象：熔体挤出口模后

5、，挤出物的截面积比口模截面积大 胀大比 B = Dmax D0 Dmax：挤出物直径的最大值 D0：口模直径 图932 挤出物胀大效应中弹性回复过程示意图 9.3.4 挤出物胀大挤出物胀大 原因： 一一：高聚物熔体在外力作用下进入窄口模，在入口处流 线收敛，在流动方向上产生速度梯度，存在拉伸弹性形变， 这部分形变一般在经过模孔时来不及完全松弛，到了出口 之后，外力对分子链的作用解除，分子链回缩为绻曲状态， 发生出口膨胀 L/R较小时 二二：高聚物在孔内流动时，由于切应力的作用，表现为 法向应力效应，法向应力差产生的弹性形变在出口模后回 复，因而挤出物胀大 L/R较大时 9.3.5 不稳定流动不

6、稳定流动 图933 不稳定流动的挤出物外观示意图 现象：高聚物熔体在挤出时，如果 剪切速度过大超过一极限值时，从 口模出来的挤出物不再是平滑的， 而是表面粗糙、起伏不平、有螺旋 波纹、扭曲甚至为碎块状物 原因：高分子熔体粘度高，粘滞 阻力大，当较高时，弹性形变 增大，当弹性形变的储能达到或 超过克服粘滞阻力和流动能量时， 不稳定流动发生 9.3.5 不稳定流动不稳定流动 不同聚合物熔体呈现出不同类型的不稳定流功。 可找到某些类似于常诺数的准数来确定出现高弹湍流的临 界条件： （1）临界切应力 以不同聚合物熔体出现不稳定流动时的切应力取其平均值可得到临 界切应力mf mf1.25105N/m2 （2）“弹性雷诺数”韦森堡值 （3）临界粘度降 聚合物熔体粘度 G聚合物熔体的弹性剪切模量 mf 熔体破裂时的粘度 9.4 9.4 拉伸粘度拉伸粘度 拉伸流动在纤维纺丝、强膜拉伸或吹塑等少产过程中经