聚合物的流变性

,9.1 牛顿流体和非牛顿流体,9.1.1,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 牛顿流体和非牛顿流体,9.1.2,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体,宾汉方程：,-,y,=,9.1.2,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 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,9.1.2,非牛顿流体,9.1.2,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,由幂律定律导出,：,lg=lgk+nlg n：斜率,流动曲线可分为三个区域：,第一牛顿区,：,o,：0时的粘度,当,时，nT,f,：满足Arrehnius方程：=Ae,E/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，N,1,随的增大而增加，在低 区，N,1,，,高 ，N,1,12,N,1,0,，在低,区，,N,2,0,，,增高时，,N,2,有所增加,9.3.3,法向应力效应,9.3.4,挤出物胀大,巴拉斯效应,现象：熔体挤出口模后，挤出物的截面积比口模截面积大,胀大比 B=Dmax D,0,Dmax,：挤出物直径的最大值,D,0,：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,原因：,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,：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,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,mf,1.2510,5,N/m,2,（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 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常发生。通常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。,特点,：液体流功的速度梯度方向与流动方向相平行，即 产生了纵向的速度梯度场。流动速度沿流动方向改变,图934 拉伸流动的示意图,9.4 拉伸粘度,三种典型的,关系：,（3）,随,的增加而减小,例子：高聚合度的线性聚合物 PP,（2）,与,的变化无关,例子：尼龙66、丙烯酸类树脂,低聚合度的线性聚合物,（1）,随,的增加而增加,例子：支化聚合物 PE,图935 三种典型的拉伸粘度行为,