聚合物流变学复习资料

1、流变学是研究材料流动和变形的科学流体黏度就是分子间的内摩擦力的宏观度量。是流体体内部抵抗流动的阻力， 用流体的剪切应力与剪切速率之比表示。剪切变形：具有横向速度梯度场的流动。拉伸变形：具有纵向速度梯度场的流动和应力历史无关的非牛顿流体称为广义牛顿流体，它包含三种：假塑性流体：(nV1)其黏度随剪切速率增加而减小(剪切变稀)，大多数聚合物 浓溶液都属于这一流体。膨胀性流体：(n1)在定常态剪切流动中，起黏度随剪切速率增加而增加(剪 切增稠)，再加入大量填充剂的体系和某些聚氯乙烯糊能见到这种流体。宾汉流体：细砂的悬浮液，泥浆、牙膏，唇膏，棒状发蜡，无水油滑霜，粉底霜 和胭脂等。有时效的非牛顿流体：

2、.触变流体：在恒定的剪切速率下，其黏度随剪切作用时间的增加而降低。涂 料、印刷油墨、番茄酱.震凝流体：在恒定的剪切速率下，其黏度随剪切作用时间的增加而增大。如 碱性的丁腈橡胶的乳液悬浮液.黏弹性流体：兼具有黏性和弹性效应的流体，其力学行为可用黏性和弹性两 种来组合表达。t = K P幕律方程：n为流动指数k为稠度n=1牛顿流体n1，为膨胀流体。剪切敏感小的聚合物：聚碳酸酯(PC)、聚飒、共聚甲醛(PA)、聚酰胺(POM) 剪切敏感大的聚合物：聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)对温度敏感：PS、PC、PMMA等。对温度不太敏感：PE、PP、POM等；对高密 度聚乙烯、聚丙烯、共聚

3、甲醛，升高温度引起熔体黏度下降程度较小；对聚苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯，温度升高会使熔体黏度有较大的下降。相对分子质量分布宽的聚合物熔体比窄的有更大的剪切敏感性，长支链越多， 剪切敏感性越大。1.聚氯乙烯的凝胶化：低温下，在热和剪切作用下颗粒崩解成初级粒子；随着 温度的升高，初级粒子受到剪切作用而被粉碎，当温度更高时，初级粒子全 部被粉碎，品体熔化，边界消失，形成三维网络的过程。3 .压力的影响当压力35MPa，随着压力提高，压力对高聚物液体粘度的影响就很重要。原因：高聚物有可压缩性，压力作用使得高聚物自由体积减小，大分子间的距离 减小，链段跃动范围减小，分子间的作用力增大，液体的粘

4、度增大。增加压力对 粘度的影响和降低温度对黏度的影响有相似性。4.高聚物分子参数的影响相对分子量与熔体指数MI的关系：相对分子量越大，熔体黏度越高，熔体 指数越低，流动性降低。根据熔体指数来选择高分子材料的成型方法：MI0.2压塑0.2MI1.0 挤出1 MI3 注塑 3.5 MI5 纺丝聚合物结构的影响（1）高聚物链的柔性高聚物链的柔性越大，缠结点越多，链的解缠和滑移越困难，其非牛顿性越强。（2）高聚物链的刚性增加和分子间吸引力越大时，熔体粘度对温度的敏感性越 强。如PC、PS、PET、PA等，提高温度有利于增大流动性。6、添加剂的影响增塑剂：降低塑料熔体的黏度而提高塑料的流动性。润滑剂：塑

5、料中能降低熔体黏度或防止聚合物与加工设备金属表面黏着而改性的 物质。主要用于PVC，润滑剂在PVC的作用：减少摩擦，降低黏度，易于从金属、 玻璃上剥离常用的润滑剂：硬脂酸类、烯烃类填充剂：为改进材料强度和各种性能（密度、刚度、收缩率、阻燃）或降低成本。 加工助剂：在聚合物中加入少量能改进加工性能的物质。常用的加工助剂有：聚氯乙烯、聚烯烃7、异常的流变现象：爬杆效应（Wiessenberg效应）离模膨胀（挤出胀大、Barus） 虹吸现象熔体破裂8、黏性流动：耗散转变成热能弹性回复分子间和分子内的相互作用9、离模膨胀在挤出物离开模后的直径或横截面积大于口模直径或横截面积的 现象。用膨胀比B表征：B

6、=D （挤出物直径）/d （口模直径）原因：取向效应、记忆效应、法向效应影响离模膨胀的因素a.圆形口模一一剪切速率一定，膨胀比随着口模的长径比的 增大而降低b.对于异形截面口模，如正方形、正三角形，其离模膨胀比在边的 中部最大，在角最小。c.在口模长径比一定时，膨胀比随剪切速率的增加而增大。 d.在恒定剪切速率下，膨胀比随温度的升高而减小；但PVC，其膨胀比则随温度 的升高而增加。10、熔体破裂 挤出物表面出现凹凸不平或外形发生畸变以致支离或断裂的总 称。表面熔体破碎（鲨鱼皮症状）：发生在熔体表面，特点是挤出物表面呈微细不规 则且有相当间距的包柱性棱脊。原因：口模出口处的黏滑过程和挤出物离开口

7、模时表面受到很快的拉伸。缓解办法：提高模唇温度和增大相对分子量分布宽度。振动熔体破裂（黏-滑不稳定流动）：挤出物由畸变区和平滑区交替组成，流动 曲线在振动区分成不连续的两支曲线。原因：由于熔体与模壁缺乏黏着力，在某一剪切力上会发生滑移；而后在释放流 经口模所吸收的能量后，熔体又会黏在模壁上，这样交替出现使得材料表面出现 周期性熔体破裂。缓解（消除）办法：氟碳弹性体严重熔体破裂：对于线性聚乙烯剪切应力超过第三临界值后；对于支化聚乙烯， 在超过第二临界值后发生。特点是无规畸变。11、变形的基本形式有三种：剪切 拉伸 压缩12、同轴圆筒黏度计适用于液体且黏度小的。13、拉伸流动的种类：（1）单轴拉伸

8、流动：将材料一端固定，另一端施加外力 进行均匀拉伸，材料每一端受到均有拉伸力的作用。（2）双轴拉伸流动：与单轴拉伸相比，双轴拉伸则相反，则将受压缩的两个方 向变为拉伸，把拉伸方向变为压缩。（3）平面拉伸流动：片材宽度不变下只在一个方向拉伸，并伴有片材厚度变薄。14.拉伸黏度与拉伸应力的关系一会总J姿安堂汩（1）特鲁顿型：拉伸黏度与拉伸应力（或速率）无关，其值为零剪切黏度的3 倍，大多数聚合物都属于这类。如PMMA聚苯乙烯 聚飒PET PC聚苯二甲酸丁二 醇酯丁基橡胶等。（2）拉伸硬化型：拉伸黏度随拉伸应力的增加而增大。如低密度聚乙烯，顺式1，4-异戊二烯等。（3）拉伸稀化型：拉伸黏度随拉伸应力

9、的增加而降低。如高密度聚乙烯、聚丙烯、ABS若是拉伸稀化型一一纤维细窄部分的拉伸阻力小，这一部分的丝条的运动将进一 步加速，纤维变得越来越细，最终可能会断裂；若是拉伸硬化型一一则这部分的拉伸阻力大，纤维中的流动将减慢，纤维直径增 加。对判断聚合物材料的可纺性具有重要意义15、在九个应力分量口中，只有六个是独立的：三个法向应力和三个剪切应力。16、在管中央处流速最大，管壁处流速最小，而剪切应力则相反。17、分层压力流动：在多层吹瓶、多层吹膜和双组分纤维的共挤出中，常常涉及 两种或多种熔体并列地通过口模的流动。18、塑炼挤出有三个功能区：固体输送区、熔化区、熔体输送区。19、口模特性曲线与螺杆特性

10、曲线的交点是特定口模与螺杆转速的操作点。20、黏性耗散：是指黏性流体中机械转化热。黏性耗散热是随剪切速率而增大的； 如果计量段的温度不加控制而处于绝热挤出的情况，黏性耗散所引起的绝热温升 会相当高。如：高熔体黏度的硬聚氯乙烯料会引起严重热降解而析出HCl，使物 料变色。21、最佳螺旋角在17。至20之间，最常用的角为17.6。22、熔化：指塑炼挤出机在料斗和口模之间将固体塑料转变为熔体的功能。熔化区：在螺杆中固体塑料和熔体共存的那一部分。23、熔体膜形成后的固体粒子熔化是在熔体膜和固体床的界面发生的。所需热量 一部分来源于料筒的加热器，另一部分则来自螺杆和料筒对熔体膜剪切产生的黏 性耗散热。2

11、5、双螺杆分为加料段、塑化段、限流段、排气段和计量段。24、反向啮合型双螺杆挤出机主要用于聚氯乙烯的加工。低速同向啮合型双螺杆 挤出机主要用于聚氯乙烯型材、管材等的挤出。26、硬PVC冲击强度的最大值是在凝胶化度60%-80%时出现的；用双螺杆挤出 设备加工硬PVC时，温度设定一般按“马鞍”型分布，即两端高，中间低。27、挤出口模：指挤出机中使挤出物形成规定模截面形状的部件。28、口模由口模分配腔、引料流道和口模成型段（模唇）几何区域组成。棒材口模：长径比小于10，两端带喇叭口的圆形流道，且在低速下进行挤出。29、由多孔板和滤网叠构成的过滤装置的主要作用是滤掉熔体中的杂质，它对建 立挤出机的背

12、压也是一种重要方法。30、分流痕：指聚合物熔体在绕支架时会分开，再汇合时所留下的熔接痕。为减 轻分流痕，可采用的办法有：在支架下游设置鼓形凸起物，以产生节能作用； 熔体流经支架后迅速收缩；改进支架设计，如支撑环、切向分流梭和分流板31、直角式口模：从挤出机送来的熔体改变流动方向而与挤出螺杆轴线呈90 角的一种成型装置。这种口模吹制的管膜，只有一条熔接痕。螺旋芯模式口模的特点：熔体分配均匀、无熔接痕和压力降低等。型材口模的结构包括供料部分、过渡部分和平行口模成型面。32、注塑指在加压下，将聚合物由加热料筒经主流道、分流道和浇口注入闭合模 具的模塑方法。33、漩纹或喷射纹是指塑料熔体从尺寸过小的浇

13、口进入厚型腔的湍流所引起螺旋 状的流纹。膨胀比（B）与型腔厚度（H）对浇口直径（d）之比相近时，不会发 生漩纹现象。D/H=（D/d）/（H/d）=B/（H/d）=1.34、有浇口区、充分发展区和前沿区等三个流动区。35、入口压力校正，即校正，主要修正压力传感器测量的入口压力与毛细管真实 的入口压力之间的差别。由于技术原因，使得毛细管入口处的真实压力小于传感 器的测量值。熔体从过渡区进入口模时，由于熔体粘滞流动的流线在入口处收 敛引起能量损失，从而造成压力下降；在入口处聚合物熔体产生弹性形变，部 分流动动能转化成弹性能，造成压力下降；在入口处由于熔体剪切速率的剧烈 增加，为达到流速的稳定分布造

14、成压力下降。螺杆的操作点：口模特性曲线与螺杆特性曲线的交的。离模膨胀：挤出物的直径与口模直径之比。粘性耗散;指粘性流体中机械转化热，或称为粘性耗散热。分配混合：如果所混合的组成都是流体，而且不存在屈服点的混 合型式。鲨鱼皮现象：这种熔体破裂是发生在挤出物表面，挤出物表面呈 微细不规则且具有相当间距的保柱性棱脊。Bagley入口压力校正：主要修正压力传感器测量的入口压力与毛细管真实的入口压力之间的差别。熔接痕:注塑中两股熔体相遇时在其界面处未完全溶合而形成的 一种线状痕迹。聚氯乙烯的凝胶化;在加工过程中，随着温度升高，初级粒子受到 剪切作用而被粉碎，当温度更高时，初级粒子全部被粉碎，品体 熔化，

15、边界消失，形成三维网络的过程。分散混合：如果存在屈服点的组成为固体的混合型式。节流比：压力体积流率Qp与拖拽体积流率Qd之比在聚合物挤出成型加工过程中，为什么要对普通螺杆进行改进？新型螺杆的类型有哪些？（1）产生固体床崩溃现像之后，固体（聚合物）和液体（聚合物）相互掺杂在一起，前进几个螺距之后，固体粒子悬浮于熔体之中，在这种情况下，固体粒子很难受到螺杆的剪切， 主要靠熔体导热而缓慢的熔化，在靠近螺杆端部才逐渐完成，甚至将未熔化的固体粒子带进 口模。因此，聚合物在普通螺杆中熔化的最大问题是固体床崩溃。结果会出现塑炼质量、产 量波动和扫膛现象。（2）屏障型螺杆，销钉型螺杆，波型螺杆。简述塑料在单螺

16、杆挤出机的熔化机理？由加料段送入的物料，在进入熔化区后即在前进过程中同加热的料筒表面接触，熔化即从接 触部分开始，并在熔化时于料筒表面留下一层熔体膜。若熔体膜的厚度超过螺纹和料筒的间 隙时就会被旋转的螺纹刮落并将其强制积存在螺纹的前侧而形成熔体池，在螺纹的后侧则为 固体床。这样，在沿螺槽向前移动过程中，固体床的宽度就会逐渐减小，直到完全消失，即 完全熔化。根据Leingartnen对双螺杆的分类，将双螺杆分为哪五段？各段的主要作用是什么？ Leingartnen将对双螺杆分为加料段、塑化段、限流段、排气段和计量段等五段。加料段的 作用是将PVC干混料定量的输送到塑化段，同时使物料得到少许预热。

17、塑化段使物料加热， 结团成块。限流段的作用：一方面将塑化段和排气段分开；另一方面有促进塑化的效果。排 气段的作用：排出挥发性物质以及预塑化物料中所夹带的气体。计量段的作用:完成塑化过 程，并建立起克服口模阻力的压力。熔体破裂有哪三种类型？它们各自主要特点及其消除方法？（1）表面熔体破裂、振动熔体破裂、严重熔体破裂。（2）表面熔体破裂的特点：挤出物表 面呈微细不规则且有相当间距的包柱性棱脊，制品表面无光泽、鲨皱状，粗糙或者制品的透 明度降低等。消除方法：提高模唇温度和增大加工聚合物的相对分子质量分布宽度。振动熔 体破裂的特点：挤出物由畸变区和平滑区交替组成的，流动曲线在振动区分层不连续的两支 曲

18、线，并形成一个回线，剪切速率或应力在此区振动。消除方法：涂上氟碳弹性体。严重熔 体破裂特点：对于流动曲线不连续的线型聚乙烯，是在剪切应力超过第三临界值时发生的； 而对于流动曲线连续的支化聚乙烯，则在剪切应力超过第二临界值时发生。这两类挤出物都 是无规畸变。消除方法：温度一定时，降低分子质量；分子质量一定时，升高温度；增加流 动比。挤出机中挤出口模主要由哪三部分组成？各部分主要功能是什么？（1）口模一般由口模分配腔、引料流道和口模成型段这三个功能各异的几何区域组成。（2） 口模分配腔是将入口模的塑料熔体分配在整个横截面上，该横截面形状与挤出制品相似而与 从挤出机输出的形状不同；引料流道是将分配腔

19、到成型段之间的流道流线比；口模成型段赋 予挤出物适当的横截面形状，并将熔体在分配腔和引料流道中所产生的不均匀流动消除。等温和非等温充模过程中的压力-流率的曲线图：（1）指出曲线中1、2分别代表哪种流动？（2）从下图可以看出冷却模影响充模的哪三种情况？（1）曲线1代表非等温流动；曲线2代表等温流动。（2）压力一流率曲线有 一个极小流率Qmin，它相当于充模瞬间进入模腔内的熔体立即完全凝固的流率，也就是说， 流率低于Qmin，即使压力很高也不能充满模腔。随着流率增大（大于Qmin），凝固减小， 充模瞬间的模内压力下降，经过一个最低充模压力Pomin之后，充模压力又随流率的增大而增 加，甚至接近等温

20、流动的情况。曲线在极小值Pomin附近比较平坦，意味着在某一流率范围 内，所需充模压力基本上是常数，压力梯度减至最小，可使制品内应力降低。下图是转矩流变实验中得到的标准曲线，请对曲线2进行分析，对各点作简单说明。A点：加料峰。由于在较短时间内全部试验料加入流变仪中，仪器转子所受负荷徒增，从加 料前的转矩为0迅速上升到一个峰值，即加料峰。在A点，原料处于完全的粉料状态。B点：即谷底，最小转矩。原料处于半压实的粉料状态，原料稍一捏就能散开。G点：变形点。在转子的剪切热河外加高温的作用下，逐渐开始塑化。至UG点时，干混料由 外而内地开始部分熔融，原料颗粒之间因发粘而粘接在一起，形成不牢固的一个整体。

21、X点：即塑化峰。此原料塑化最快，溶液粘度最高。在X点，原料已基本粘结成一块整体， 边缘有许多毛刺，粗糙发暗。塑化度大约为40%左右C点：最佳塑化点，理想的塑化程度（60%-65%）大致在C点。进一步塑化粘结得更好，边 缘有少许毛刺，塑化块有一定光泽。在C点，由于原料塑化逐渐趋于完成，熔体黏度逐渐下 降，内摩擦热降低，因此熔体温度上升的速度明显减慢。D点：平衡点。塑化度基本达到100%，从此点进入一个熔体黏度相对稳定的阶段。所有原料 完全塑化粘接成一块，绵软而具有较好的弹性和光泽，并完全包覆在转子上。E：试验终止于E点。F：出现第二个转矩最大值，并至最终的完全降解阶段。从F点开始，熔体黏度因降解而急 速上升，因此熔体温度上升的速度也明显加大。下图是剪切应力（黏度）与剪切速率的关系曲线，请根据图形回答问题：（1）1、11和III分别代表什么流动状态？I是牛顿流动，11是假塑性流动，III是牛顿流动。（2）请从分子结构角度来分析流体在I、11、111三种状态变化的原因。在低剪切