聚合物流變學(xué)基礎(chǔ)課件緒論

1、 聚合物流變學(xué)基礎(chǔ)聚合物流變學(xué)基礎(chǔ)1 教材:聚合物流變學(xué)基礎(chǔ)聚合物流變學(xué)基礎(chǔ) 顧國(guó)芳編, 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社2 參考書: 高分子材料流變學(xué)高分子材料流變學(xué) 吳其曄編,北京：高等教育出版社 高聚物流變學(xué)及其應(yīng)用高聚物流變學(xué)及其應(yīng)用 徐佩弦編, 北京：化學(xué)工業(yè)出版社任課教師:沈春暉 博 士 教授電郵： 第一章第一章緒緒論論1.11.1流變學(xué)概念流變學(xué)概念 流變學(xué)是一門研究材料流動(dòng)及變形規(guī)律的科學(xué)。高分子材料流變學(xué)則是研究高分子液體，主要指高分子熔體、高分子溶液，在流動(dòng)狀態(tài)下的非線性粘彈行為，以及這種行為與材料結(jié)構(gòu)及其它物理、化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。 流動(dòng)與變形之間的關(guān)系(液體流

2、動(dòng)與固體變形) 流變學(xué)的誕生 1928年，美國(guó)物理化學(xué)家E.C.Bingham正式命名“流變學(xué)（rheology）”的概念。次年成立了流變學(xué)會(huì)，創(chuàng)辦了流變學(xué)報(bào)（Journal of Rheology)自從中國(guó)流變學(xué)專業(yè)委員會(huì)成立以來，分別于1985年在長(zhǎng)沙、1987年在成都、1990年在上海、1993年在廣州、1996年在北京、1999年在武漢、2002年在廊坊召開了第一至第七屆第七屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議 2006年9月15-18日，第八屆第八屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議在山東大學(xué)召開 2008年9月28日至10月1日，第九屆第九屆在湖南長(zhǎng)沙舉行 2010年11月13日至11月16日，浙江大學(xué)高分子合成

3、與功能構(gòu)造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦的第十屆第十屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議在杭州舉行。第十一屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，于2012年10月在中國(guó)河北廊坊舉辦。中國(guó)石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院 會(huì)議主題: A.本構(gòu)模型與本構(gòu)理論; B. 多相/多組分體系流變學(xué); C. 工業(yè)流變學(xué); D. 電-磁流變學(xué); E. 石油流變學(xué); F. 巖土與地質(zhì)流變學(xué); G. 食品、醫(yī)藥與生物流變學(xué); H. 天然材料及其加工流變學(xué); I. 聚合物及其加工流變學(xué); J. 流變測(cè)試技術(shù); K. 流變學(xué)與教育. 1.2流變學(xué)研究的內(nèi)容及研究意義流變學(xué)研究的內(nèi)容及研究意義 聚合物流變學(xué)(熔體,溶液)流變學(xué) 生物流變學(xué)(血液,關(guān)節(jié)滑液) 潤(rùn)滑劑,懸浮

4、體流變學(xué) 結(jié)構(gòu)流變學(xué)(微觀,分子流變學(xué))聚合物流變學(xué) 加工流變學(xué)(宏觀流變學(xué) 流變測(cè)量學(xué) 流變行為與數(shù)學(xué)模式結(jié)構(gòu)流變學(xué)結(jié)構(gòu)流變學(xué) 主要研究高分子材料的流變性質(zhì)與其微觀結(jié)構(gòu)分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，以期通過設(shè)計(jì)大分子流動(dòng)模型，獲得正確描述高分子材料復(fù)雜流變性的本構(gòu)方程，溝通材料宏觀流變性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的聯(lián)系，深刻理解高分子材料流動(dòng)的微觀物理本質(zhì)。 加工流變學(xué)加工流變學(xué) 諸如研究加工條件變化與材料流動(dòng)性質(zhì)（主要指粘度和彈性）及產(chǎn)品力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系；材料流動(dòng)性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)及組分結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；異常的流變現(xiàn)象如擠出脹大現(xiàn)象，熔體破裂現(xiàn)象發(fā)生的規(guī)律、原因及克服辦法；高分子材料典型加工成型

5、操作單元（如擠出、注射、紡絲、吹塑等）過程的流變學(xué)分析；多相高分子體系的流變性規(guī)律，以及模具與機(jī)械設(shè)計(jì)中遇到的種種與材料流動(dòng)性與傳熱性有關(guān)的問題等。流變測(cè)量流變測(cè)量 為研究聚合物的分子結(jié)構(gòu)提供信息,如粘度法測(cè)分子量,測(cè)量橡膠模量的溫度依賴性了解其交聯(lián)程度. 聚合物流變學(xué)研究意義聚合物流變學(xué)研究意義 對(duì)高分子材料合成而言，流變學(xué)與高分子化學(xué)結(jié)合在一起，流變性質(zhì)通過與分子結(jié)構(gòu)參數(shù)的聯(lián)系成為控制合成產(chǎn)物品質(zhì)的重要參數(shù)。 對(duì)高分子材料成型加工而言，流變學(xué)與高分子物理學(xué)和高分子材料成型工藝原理結(jié)合在一起，成為設(shè)計(jì)和控制材料配方及加工工藝條件，以獲取制品最佳的外觀和內(nèi)在質(zhì)量的重要手段。 對(duì)高分子加工模具和

6、機(jī)械的設(shè)計(jì)而言，流變學(xué)為設(shè)計(jì)提供了必需的數(shù)學(xué)模型和被加工材料的流動(dòng)性質(zhì)，是進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）(Pro /E)的重要理論基礎(chǔ)之一。當(dāng)前流變學(xué)研究已成為高分子材料分子設(shè)計(jì)，材料設(shè)計(jì)，制品設(shè)計(jì)及模具與機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分。 1.3 1.3 聚合物流變行為的特性聚合物流變行為的特性多樣性 聚合物的種類和結(jié)構(gòu),固體高聚物有線性彈性,橡膠彈性及粘彈性;溶液和熔體有線性粘性,非線性粘性,觸變性高彈性 聚合物所特有的流變行為,輕度交聯(lián)的高聚物(橡膠)時(shí)間依賴性 松弛現(xiàn)象1.4 1.4 高分子液體的奇異流變現(xiàn)象高分子液體的奇異流變現(xiàn)象高粘度與高粘度與“剪切變稀剪切變稀”行為行為一些高分子液體的零剪切

7、粘度參考值一些高分子液體的零剪切粘度參考值高 聚 物溫度()MW0(Pas)高 聚 物溫度()MW0(Pas)高密度聚乙烯1901052104聚丁二烯10021054104低密度聚乙烯1701053102聚異戊二烯1002105104聚丙烯22031053103聚氧乙烯7031043102聚異丁烯100105104聚對(duì)苯二甲酸乙二酯27031043102聚苯乙烯2202.51055103聚酰胺62703104102聚氯乙烯19041044104聚碳酸酯3003104103聚乙酸乙烯酯2001052102聚二甲基硅氧烷30031052103聚甲基丙烯酸甲酯2001055104 Weissenbe

8、rgWeissenberg效應(yīng)效應(yīng)( (爬竿現(xiàn)象爬竿現(xiàn)象) )Weissenberg效應(yīng)的應(yīng)用： 圓盤擠出機(jī) BarusBarus效應(yīng)效應(yīng)( (擠出脹大現(xiàn)象擠出脹大現(xiàn)象) )不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象孔壓誤差和彎流壓差孔壓誤差和彎流壓差Toms效應(yīng)效應(yīng)(湍流減阻現(xiàn)象湍流減阻現(xiàn)象)指在高速的管道湍流中加入少許高分子物質(zhì),如聚氧化乙烯( PEOX),聚丙烯酰胺(PAAm)等,則管道阻力將大為減少的現(xiàn)象. 高聚物長(zhǎng)鏈柔性分子的拉伸特性,取向改變了管道內(nèi)部的湍流結(jié)構(gòu).(高聚物加工中常加入橡膠來減少阻力)管流減阻在石油開采,輸運(yùn),抽水灌溉等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義.1.5高分子材料粘流態(tài)特征及流動(dòng)機(jī)理高分子材料粘流態(tài)特征及流動(dòng)機(jī)理形變-溫度曲線 TTg, 玻璃態(tài)， 化學(xué)鍵運(yùn)動(dòng)TgT Tf , 粘流態(tài)， 整鏈運(yùn)動(dòng)流動(dòng)機(jī)理流動(dòng)機(jī)理 鏈段的協(xié)同連續(xù)躍遷(蚯蚓的蠕動(dòng)) 基本運(yùn)動(dòng)單元：鏈段 運(yùn)動(dòng)模式：通過鏈段的相繼向空穴的定向躍遷實(shí)現(xiàn)分子鏈 的重心移動(dòng) 特征：Tf 隨分子量的提高而增大； 粘流活化能與分子量無關(guān)。 化學(xué)流動(dòng) 體型結(jié)構(gòu)分子鏈在流動(dòng)中發(fā)生斷裂,在外力作用下能夠流動(dòng),流動(dòng)過程中形成新的體型結(jié)構(gòu),破壞和重建達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡. 作業(yè)題一 簡(jiǎn)述聚合