高聚物的流变性-高聚物熔体的弹性表现（高分子物理课件）

包轴现象

法向应力效应（韦森堡效应）通常牛顿流体在搅拌时，由于离心力的作用使靠近器壁的液面上升，在旋转轴周围的液面下降。当高聚物熔体或浓溶液在容器中快速搅拌时，因受到旋转剪切的作用，熔体或溶液沿内筒壁或转轴处上升，在转轴上形成较厚的包轴层，故也称为包轴现象。包轴现象是由高分子的弹性所引起的，分子链被拉伸取向缠绕在轴上，距转轴越近的高分子，受到转动线速度大，拉伸取向程度高，大分子取向后，其链段有自发恢复到蜷曲构象的倾向，但此时弹性回复受到转轴的限制，使这部分弹性能表现为一种包轴的内裹力。把高分子熔体沿轴往上挤（当然向下挤看不见）形成包轴层现象。其实质是由于高聚物熔体具有弹性，在受剪切作用而流动时会产生法向应力差。对于牛顿流体，是各向同性，在剪切力作用而流动时，法向应力差为零。

对于牛顿流体，是各向同性，在剪切力作用而流动时，法向应力差为零。对于非牛顿流体则是各向异性存在法向应力，第一法向应力差

第二法向应力差

且＝0.1~0.3

挤出物胀大现象1.定义：挤出物胀大现象又称巴拉斯现象，是指挤出口模后，挤出物的截面积比口模截面积大的现象，是聚合物熔体弹性的表现。胀大比＝挤出物直径的最大值Dmax/模孔直径D0对于PP或PE，B可达3.0～4.52.引起挤出涨大的原因①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，因而高聚物分子受到拉伸力，产生拉伸弹性形变。这部分形变一般在经过口模的时间内，还不及松弛，那么到了出口之后，外力对分子链的作用力解除，高分子将由伸展状态重新回到蜷曲状态，发生出口膨胀。②高聚物在模孔内流动时，由于切应力的作用，产生法向应力效应，由法向应力差所产生的弹性形变在出口模后回复，因而挤出物直径涨大。

拉伸粘度和动态粘度

1.

拉伸流动在流动中凡是发生了流线收敛或发散的流动都包含拉伸流动成分拉伸流动的特点：液体流动的特点速度梯度方向与流动方向向平行，此时流动速度沿流动方向改变。

单轴拉伸流动：一个方向流动拉伸流动

双轴拉伸流动：两个互相垂直方向拉伸一、拉伸流动和拉伸粘度拉伸流动的特鲁顿关系式：对于牛顿流体单轴拉伸时：

－拉伸应力

－拉伸应变速率

－拉伸粘度，特鲁顿粘度

（剪切粘度）双轴拉伸时，若，而对牛顿流体

双轴拉伸粘度

尚在研究中在动态力学实验中，常常施加给定的正弦应变

，求应响应若用复数表示

应变速度对于粘弹体

应力超前应变复数粘度

因此复数粘度

由实数和虚数两部分组成粘度的实数部分称为动态粘度，表征粘性贡献。虚数部分为能量储存的量度，表示弹性贡现

多相高分子材料的流变性能

及其形态

一、概述共混高分子材料：PS/PP,PVC/NBR,PE/NR等1.多相高分子材料主要包括三大类：

PP/CaCO3,PE/高岭土填充高分子材料：增强高分子材料玻纤增强塑料2.影响多相高分子流变性能因素①体系中各组分的相对含量，即谁是连续相，谁是分散相②剪切应力或剪切速率③温度④模具形状⑤流动形态二、多相高聚物粘度与组成关系（一）高聚物/高聚物共混体系主要有以下情况1.共混物粘度介于两种共聚物粘度之间2.小比例共混使粘度大大下降，且共混物粘度比两组分本身粘度都小

如Viton/EPDM含氟弹性体解释原因：熔体的超分子结构角度。当一种聚合物中含有少量另一种高聚物时，可大大改变熔体超分子结构。因而粘度大幅下降。第二种高聚物继续增加时，熔体的超分子结构不再影响改变，因而粘度变化趋缓。3.共混物熔体的粘度随混合比变化出现极大值或极小值

出现极大值或极小值的原因：相逆转，粘度突变连→分分→连

（二）填充体系1.高聚物加入CaCO3碳黑等填料时，通常使高聚物粘度增大影响因素：①填料量②填料颗粒形状，粒径大小及分布③填料对高聚物的亲和性2.弹性减小：通常被挤出物料熔体弹性效应减小三、多相高聚物流变性与形态的关系当某一共混比时（HDPE/PS=75/25）,若共混物微观上上两相分散很充分，很难分出连续相和分散相，此时两相界面间作用力大，共混物流动阻力大，粘度出现极大值，反之，则出现极小值。知识点概念：牛顿流体、非牛顿流体、宾汉体、假塑性流体、膨胀性流体、触变体、流凝体、零切粘度、表观粘度、无穷粘度、熔体指数、门尼粘度、法向应力效应、巴拉斯效应、熔体破裂现象聚合物粘性流动的特点影响粘流温度的因素宾汉体、假塑性流体、膨胀性流体、触变体、流凝体的特点聚合物溶液和熔体的普适流动曲线及解释影响熔体粘度的因素（简答题）影响聚合物熔体弹性的因素聚合物熔体弹性效应的表现：法向应力效应、巴拉斯效应、熔体破裂现象习题聚合物分子链开始运动的温度是聚合物的粘性流动是通过哪种流体的粘度与切变速率无关哪种流体存在流动临界切应力哪种流体的粘度随切变速率的增加而降低哪种流体的粘度随切变速率的增加而增加哪种流体的粘度随时间的增加而降低哪种流体的粘度随时间的增加而增加哪种粘度随切变速率的增加而降低判断：熔体指数和门尼粘度越大，流动性越好聚合物熔体弹性效应的表现：1、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（）。A、PEB、PPC、PCD、PB2、下列聚合物中，熔体粘度对切变速率最敏感的是（）。A、PEB、PPC、PCD、PB3、下列方法中不能测定聚合物熔体粘度的是：（）A、毛细管粘度计B、旋转粘度计C、乌氏粘度计D、落球粘度计熔体破裂现象所谓熔体破裂现象是高聚物熔体在挤出时，如果剪切速度过大，超过某一极限值时，从口模出来的挤出物不再是平滑的，会出现表面粗糙、起伏不平、螺旋皱纹、挤出物扭曲甚至破碎等现象，也称为不稳定流动。

实际中应避免不稳定流动。1.剪切速率：随剪切速率增大，熔体弹性效应增大。

2.温度：温度↑，大分子松弛时间τ变短，高聚物熔体弹性↓。3.分子量及分子量分布分子量大或分子量分布宽，高聚物熔体弹性明显。①M↑熔体粘度η↑，松弛时间τ＝η/G↑，高分子弹性松弛慢，可观察到②分子量分布宽,G变小，τ↑熔体弹性明显。胀大比B＝挤出物直径的最大值Dma