《rehologic流變》ppt課件

1、高分子物理實驗課之十三聚合物流變實驗聚合物流變實驗 聚合物資料聚合物資料恒負荷型恒負荷型毛細管流變實驗毛細管流變實驗高分子物理實驗課之十三高分子物理實驗課之十三流動的宇宙，變化的世界流動的宇宙，變化的世界萬物皆流萬物皆流運動是絕對的，運動是絕對的，靜止是相對的。靜止是相對的。高分子物理實驗課之十三松弛時間譜與測試時間松弛時間譜與測試時間t假設(shè)假設(shè)t ，i測試的性能為構(gòu)造單元測試的性能為構(gòu)造單元i及其及其 以下單元的性以下單元的性能能 參比物參比物那么那么高分子物理實驗課之十三流變學根本概念流變學根本概念 流變學是一門研討資料流變學是一門研討資料 流動及變形流動及變形規(guī)律的科學。規(guī)律的科學。流動

2、流動液體液體粘性粘性 耗散能量耗散能量 產(chǎn)生永久形變產(chǎn)生永久形變 無記憶效應無記憶效應 牛頓定律牛頓定律 時間過程時間過程變形變形固體固體彈性彈性 儲存能量儲存能量 形變可以恢復形變可以恢復 有記憶效應有記憶效應 胡克定律胡克定律 瞬時呼應瞬時呼應資料在大變形、長時間應力資料在大變形、長時間應力作用下呈現(xiàn)的非線性粘彈性作用下呈現(xiàn)的非線性粘彈性流變流變“固液兩相性固液兩相性“非線性粘彈性非線性粘彈性高分子物理實驗課之十三影響流變行為的要素概述影響流變行為的要素概述主鏈及側(cè)基主鏈及側(cè)基內(nèi)因內(nèi)因構(gòu)造構(gòu)造組成組成支鏈支鏈分子量及其分布分子量及其分布配方如共混、補強劑、增塑劑配方如共混、補強劑、增塑劑外

3、因外因外部外部條件條件溫度溫度時間時間外力的作用性質(zhì)外力的作用性質(zhì)近程一級近程一級遠程二級遠程二級織態(tài)構(gòu)造織態(tài)構(gòu)造影響構(gòu)造影響構(gòu)造與松弛時間的關(guān)系與松弛時間的關(guān)系驅(qū)動力和圍壓力驅(qū)動力和圍壓力高分子物理實驗課之十三一、實驗目的一、實驗目的w1. 了解毛細管流變儀研討聚合物熔體了解毛細管流變儀研討聚合物熔體流變性能的普通原理，流變性能的普通原理，w3. 掌握計算剪切應力掌握計算剪切應力 、剪切速率、剪切速率 和表和表觀粘度觀粘度 的方法。的方法。w4. Bargley修正；修正；Rabinowich修正修正2. 初步掌握初步掌握XLY-II型流變儀的根本構(gòu)型流變儀的根本構(gòu)造和操作技術(shù)，造和操作技術(shù)

4、，高分子物理實驗課之十三二、實驗原理二、實驗原理 推導思緒：推導思緒：先將聚合物熔體先將聚合物熔體看作牛頓流體看作牛頓流體建立流變方程建立流變方程即剪切應力和剪切速率關(guān)聯(lián)式即剪切應力和剪切速率關(guān)聯(lián)式然后對流變方程進展非牛頓校正然后對流變方程進展非牛頓校正入口校正入口校正高分子物理實驗課之十三圖圖13-1 13-1 熔體在毛細管內(nèi)的受力表示圖放大熔體在毛細管內(nèi)的受力表示圖放大 高分子物理實驗課之十三1.1.剪切應力剪切應力 設(shè)不可緊縮流體在半徑為設(shè)不可緊縮流體在半徑為R R的圓管中心層流方式的圓管中心層流方式流動。半徑為流動。半徑為r r的圓柱流體所受的力是平衡的，進展的圓柱流體所受的力是平衡的

5、，進展受力分析：受力分析： 22rr LPr 2rP rL (1)高分子物理實驗課之十三R毛細管半徑毛細管半徑L毛細管長度毛細管長度W負荷量負荷量R1料筒半徑料筒半徑 長度單位：長度單位：mm (2)rR時，時，2122RP RR WLLR 由由1 1式可見，毛細管中流體遭到的剪切應力式可見，毛細管中流體遭到的剪切應力rr，與流層至管中心的間隔與流層至管中心的間隔r r成正比，與壓力梯度成正比，與壓力梯度P/LP/L成正比，成正比， 毛細管壁處毛細管壁處高分子物理實驗課之十三2.2.牛頓流體的剪切速率牛頓流體的剪切速率由定義可知牛頓流體的剪切速率為：由定義可知牛頓流體的剪切速率為：v vr r

6、為流體的線速度，是為流體的線速度，是r r的函數(shù)。的函數(shù)。 ( )2WWdv rP rdrL (3)當當r rR R時有：時有：2WP RL (4)高分子物理實驗課之十三對于上式積分并加上邊境條件對于上式積分并加上邊境條件 得：得：( )0r Rv r( )2RRrrPdv rrdrL2222( )()1 () 44PP Rrv rRrLLR (5)從管道的微小環(huán)面積從管道的微小環(huán)面積2rdr2rdr來看，經(jīng)過它的微小流出來看，經(jīng)過它的微小流出量可以用下式表示：量可以用下式表示：2( )dQr v rdr (6)( )2Pdv rrdrL展開展開(3)(3)式：式：高分子物理實驗課之十三將將6

7、 6式兩邊積分得：式兩邊積分得：02( )RQr v r dr 2202()4RPrRrdrL 由由4 4式和式和7 7式可得：式可得：34WRQ213344WRQRRR R毛細管半徑毛細管半徑R1R1料筒半徑料筒半徑V V柱塞下降速度柱塞下降速度(8)43824RPP RRQLL (7)高分子物理實驗課之十三3.3.牛頓流體的表觀粘度牛頓流體的表觀粘度aa牛牛 式中式中W W為所加砝碼的分量單位，牛頓。為所加砝碼的分量單位，牛頓。21()8WaWWRVLR牛(9) 該當指出，式該當指出，式8 8、式、式9 9中的結(jié)果僅適用于牛頓中的結(jié)果僅適用于牛頓流體，由于絕大數(shù)的聚合物熔體屬于非牛頓流體，

8、故要對流體，由于絕大數(shù)的聚合物熔體屬于非牛頓流體，故要對式式8 8和式和式9 9進展必要的修正，即進展必要的修正，即RabinowitschRabinowitsch修正。修正。高分子物理實驗課之十三( (二二)Rabinowitsch)Rabinowitsch修正修正 - -非牛頓修正非牛頓修正 聚合物流體不是牛頓流體，普通為假塑性流體。聚合物流體不是牛頓流體，普通為假塑性流體。其流動行為符合冪律方程：其流動行為符合冪律方程：n n流體的流變指數(shù)或稱非牛頓指數(shù)流體的流變指數(shù)或稱非牛頓指數(shù) K K流體的稠度流體的稠度nWWK1nWaK牛(10)所以需求進展校正所以需求進展校正Rabinowits

9、chRabinowitsch校正校正高分子物理實驗課之十三將將1 1式代入式代入1010式得：式得：111( )22nnnWdv rP rPrdrK LK L （(11)當當r rR R時時1111式有：式有：1)2nWP RK L （(12)積分積分1111式并代入邊境條件：式并代入邊境條件：111( )()() ()21nnnnnPnv rRrK Ln(13)推導過程如下：推導過程如下：高分子物理實驗課之十三與牛頓流體一樣，非牛頓流體的流量為：與牛頓流體一樣，非牛頓流體的流量為：2( )dQr v rdr 式式(13)(13)中的中的n n1 1，k k，那么變回上述牛頓流體的，那么變回上

10、述牛頓流體的體積流量式體積流量式(7)(7)。兩邊分別積分得：兩邊分別積分得：02( )RQr v r dr 131()()231nnnPnRK Ln(14)13()()231nPRnRK Ln高分子物理實驗課之十三 整理整理(8)(8)和和(14)(14)式，得到非牛頓流體切變速率式，得到非牛頓流體切變速率ww與牛頓流體切變速率與牛頓流體切變速率ww之間的關(guān)系是之間的關(guān)系是: : 由該式可以看出對于假塑性流體由該式可以看出對于假塑性流體n1n40)L/D40)時，入口壓時，入口壓力降與毛細管中流動的壓力降相比可以忽略，可以不引力降與毛細管中流動的壓力降相比可以忽略，可以不引入入口校正，直接用

11、入入口校正，直接用2 2式計算式計算ww值。值。 高分子物理實驗課之十三( (三彈性效應的表征三彈性效應的表征 還有還有可逆的高彈形變可逆的高彈形變流動過程擠出、壓延中流動過程擠出、壓延中不僅有不僅有真實的流動真實的流動不可逆的塑性形變不可逆的塑性形變彈性恢復彈性恢復出口膨脹出口膨脹擠出脹大景象擠出脹大景象巴拉斯效應巴拉斯效應高分子物理實驗課之十三表示彈性記憶效應大小的參數(shù)表示彈性記憶效應大小的參數(shù)B B值值影響要素影響要素口型長徑比口型長徑比口型入口角口型入口角壓出膨脹比或膨脹率壓出膨脹比或膨脹率B B0DB=D壓出物直徑口型直徑內(nèi)因內(nèi)因外因外因壓出速度壓出速度壓出切變速率壓出切變速率構(gòu)造組

12、成構(gòu)造組成高分子物理實驗課之十三三、實驗儀器三、實驗儀器 w加壓系統(tǒng)是由加壓系統(tǒng)是由1:101:10的杠桿機構(gòu)的杠桿機構(gòu) ，w銜接砝碼的是動滑輪構(gòu)造，銜接砝碼的是動滑輪構(gòu)造，w不加砝碼時托盤等相當于總重為不加砝碼時托盤等相當于總重為0.5kg0.5kg的砝碼，的砝碼，w毛細管長徑比毛細管長徑比(L/D):5/1(L/D):5/1，10/110/1，20/120/1，40/140/1，w升溫速度升溫速度16/min 16/min ，0707以上以上-升溫最快升溫最快w走紙速度可調(diào)，單位走紙速度可調(diào)，單位mm/h. mm/h. 高分子物理實驗課之十三w留意：留意：1.每次實驗后清理料筒及工具。每次

13、實驗后清理料筒及工具。2.防止空氣對流，堅持恒溫。防止空氣對流，堅持恒溫。3.防止摔、碰機器和工具，防止損壞。防止摔、碰機器和工具，防止損壞。一、數(shù)據(jù)記錄一、數(shù)據(jù)記錄二、操作二、操作記錄在課本表記錄在課本表5中中樣品稱號樣品稱號日期日期實驗溫度實驗溫度毛細管直徑毛細管直徑長徑比長徑比系統(tǒng)負荷系統(tǒng)負荷走紙速度走紙速度YY值、值、XX值值 =(砝碼質(zhì)量砝碼質(zhì)量+1)20高分子物理實驗課之十三四、數(shù)據(jù)處置四、數(shù)據(jù)處置 1.處置步驟處置步驟原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)分別求對數(shù)分別求對數(shù)柱塞下降速度柱塞下降速度體積流量體積流量剪切應力剪切應力剪切速率剪切速率表觀剪切粘度表觀剪切粘度作圖分析作圖分析高分子物理實驗課

14、之十三2.柱塞下降速度確實定：柱塞下降速度確實定： 圖圖13-313-3柱塞的構(gòu)成與時間變化關(guān)系圖柱塞的構(gòu)成與時間變化關(guān)系圖高分子物理實驗課之十三1.剪切速率剪切速率2.剪切應力剪切應力(/ )vXXvmm stY走紙柱塞3600Q=SV2231()100()100(/ )cmmmvXQVmmsY21走紙S= R3634WQR222214229.8/222109.8()9.8(10)2102wP RRWRmmMKgm sLLRLmmmmRM NMRPaLmmL高分子物理實驗課之十三五、思索題五、思索題 分別討論分子量、分子量分布、支化以及溫度對分別討論分子量、分子量分布、支化以及溫度對聚合物表觀粘度的影響。聚合物表觀粘度的影響。 為什么要進展為什么要進展BagleyBagley修正和修正和RabinowitschRabinowitsch修正？修正？ 如何用恒負荷型流變儀進展如何用恒負荷型流變儀進