第八章 高聚物黏流特性

第八章

高聚物的黏流特性学习目的要求掌握高聚物的黏流特性、影响因素及实际应用§8-1高聚物的流变性

目的：掌握高聚物的黏流特性，合理控制成型加工过程。

●定义高聚物的流变性（rheologicalproperty）是指高聚物有流动和形变的性能。一、材料形变的类型tttttttttDDDDDD应变与时间的关系应变与应力的关系类型编号123456789特点符合虎克定律的理想弹性体不符合虎克定律的理想弹性体能完全回复的非理想弹性体高弹体具有塑性的非理想弹性体非理想塑性体理想塑性体或称宾汉流体具有黏弹性的非牛顿流体非牛顿黏性流体牛顿流体注：上下同时是直线，则为后一类型§8-1高聚物的流变性第1、2、3类属于弹性形变（包括普弹和高弹）体；第4、5、6、7类属于同时具有黏性和弹性的黏弹体，其中第5、6类以塑性为主，第7类以黏性为主，高聚物材料多属于此类；第8、9类属于黏性液体。

黏性与塑性的差异黏性与塑性同属于流体性质，其中有滞流点的为塑性体。

●流体的类型流体的类型理想流体非理想流体＞1＜1n＞1非理想塑性体＝1理想塑性体＜1非理想塑性体n塑性体类型§8-1高聚物的流变性

●高聚物流体属于非理想的具有塑性、黏性的流体

当n＝1：为第6种类型，为理想塑性体或宾汉流体。对应的是高聚物良溶液中的浓溶液，静止时存在凝胶结构，应力超过后结构破坏。

当n＞1或n＜1：为第4、5种类型，属于黏性体或非理想塑性体。高聚物多属于此类固体，值越大，物体越硬，对同一黏弹体，力作用时间长，越小。并且，当大于破坏应力时，材料为脆性固体；小于破坏应力时，材料呈韧性破坏。在恒定温度、应力下，表观黏度随时间的增加而减小的液体为震凝性液体，相反为摇溶性液体，如聚电解质、油漆等。二、高聚物黏性流动的机理是通过链段落的逐步位移完成整个高分子的位移。

§8-2影响高聚物流变性的因素影响高聚物流变性的因素高聚物分子链的结构高聚物相对分子质量温度压力§8-2影响高聚物流变性的因素一、高聚物分子链的结构对流变性的影响刚性链，黏度大，流动性小；柔性链，容易流动。二、相对分子质量及分布对高聚物流变性的影响

▲相对分子质量对高聚物流变性的影响

规律：相对分子质量越大，流动阻力越大，黏度越大，越难于流动。

▓实例对苯乙烯等高聚物存在如下关系

lgη＝1.5～2.0lgM＋A

当相对分子质量高于某一临界值时lgη＝3.4lgM＋A

▲相对分子质量分布对高聚物流变性的影响

规律：分布宽比分布窄的容易流动

原因：相对分子质量小的部分直至了增塑剂的作用§8-2影响高聚物流变性的因素三、温度对高聚物流变性的影响

▲温度与表观黏度的关系

▲常见高聚物的表观活化能注意：当温度＞（Tg＋100℃）时，高聚物的表观活化性基本不变；当温度＜（Tg＋100℃）时，表观活化能随温度的升高而快速降低。四、压力对高聚物流变性的影响

液体的表观黏度与切变速率的关系右图中线1为牛顿液体；线2为膨胀性流体；线3为假塑性流体。高聚物聚乙烯聚丙烯聚异丁烯聚苯乙烯聚α-甲基苯乙烯△U/(J/mol)(2.7～2.9)×104(3.8～4)×104(5～6.8)×1049.5×1041.3×104D123η§8-2影响高聚物流变性的因素

●常见高聚物的表观黏度与压力、温度的关系1-聚碳酸酯（280℃）2-聚乙烯（200℃）3-聚甲醛（200℃）4-聚甲基丙烯酸甲酯（200℃）5-醋酸纤维（180℃）6-尼龙（230℃）1-聚碳酸酯（4MPa）2-聚乙烯（4MPa）3-聚甲醛4-聚甲基丙烯酸甲酯5-醋酸纤维（4MPa）6-尼龙（1MPa）1051061031041.02.04.08.010.0123456剪切力（0.1Pa）1041051031502002503002.42.32.22.12.01.91.81.71234561/T（K）×10－3表观黏度表观黏度注射压力/MPa温度/℃§8-3高聚物熔体流动中的弹性效应高聚物熔体流动中的弹性效应表现为能够发生可回复性形变、法向应力效应、挤出物膨大现象、不稳定流动等现象。一、可回复性切变形变即：高聚物熔体在流动时所发生的形变由两部分组成，一是可回复性形变，二是由黏性流动产生的形变，其中前者所占的比例较大。可回复形变由于粘性流动产生的形变时间维持恒定形变外加形变θθ同轴圆筒黏度计中，高聚物熔体的可回复形变与流动示意图

§8-3高聚物熔体流动中的弹性效应二、法向应力效应三、挤出物膨大现象

低分子液体高聚物熔体或溶液在搅动过程中，低分子液体的液面中间低，四周高；而高聚物熔体或溶液却是中间高，而四周低。d0d0d∞d∞abcz剪切速率（s－1）2.22.01.81.61.41.21.010－1100101102103100101102103出口膨胀，直径之比表观粘度（Pa·s）a-高聚物流体从d0变到d∞；b-管内速度分布；c-远离管口时速度的平面分布出口膨胀与剪切速率的关系§8-3高聚物熔体流动中的弹性效应

▓实例熔融纺丝过程中的熔体喷出和形变情况低剪切速率剪切速率加大高剪切速率剪切的弹性回复张力延伸形变速率为零相关的解释高分子链在管道内处于高速剪切，链段被舒展开来，相当于受到拉伸而使链段取向，熔体出现各向异性。当熔体突然放大或从管道中流出而使高分子链突然“自由化”，至使在管道中形成高弹形变立即得以回复，分子链又恢复到大体无序的平衡状态，链间距离增大，以至出现流束膨胀。§8-3高聚物熔体流动中的弹性效应四、不稳定流动

不稳定流动的形成与现象高聚物熔体在挤出时，如果切应力超过一定极限时，熔体将出现不稳定流动，其现象是挤出物表面不光滑、不规范。波浪形鲨鱼皮形竹节形螺旋形不规则破碎形§8-4高聚物熔融黏度的测定AA12354A－A熔融指数测定