章聚合物的粘性流動(dòng)演示文稿

章聚合物的粘性流動(dòng)演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共63頁(yè)。（優(yōu)選）第九章聚合物的粘性流動(dòng)當(dāng)前2頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.1聚合物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)(1)高分子的流動(dòng)是通過(guò)鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的。(所以粘度大,流動(dòng)性差)小分子液體流動(dòng)可用簡(jiǎn)單的孔穴模型來(lái)說(shuō)明：模型假設(shè):①液體中存在許多孔穴，且孔穴尺寸與小分子液體尺寸相當(dāng)；②無(wú)外力作用時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則躍遷，和孔穴不斷變換位置，發(fā)生分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；③外力作用下，分子沿外力方向優(yōu)先躍遷，形成宏觀流動(dòng)。高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過(guò)鏈段的相繼躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。形象地說(shuō)，這種鏈段類似于蚯蚓的蠕動(dòng)。這種鏈段模型并不需要在聚合物熔體中產(chǎn)生整個(gè)分子鏈那樣大小的孔穴，而只要如鏈段大小的孔穴就可以了。當(dāng)前3頁(yè)，總共63頁(yè)。(2)高分子流動(dòng)不符合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律對(duì)于牛頓流體，粘度不隨剪切速率和剪切應(yīng)力的大小而改變。切應(yīng)力切應(yīng)變當(dāng)前4頁(yè)，總共63頁(yè)。各種流體的性質(zhì)tNPDtcBN:牛頓流體P:假塑性流體D:膨脹性流體B:賓漢流體htNPDB當(dāng)前5頁(yè)，總共63頁(yè)。(3)高分子流動(dòng)時(shí)伴有彈性形變高分子的流動(dòng)并不是高分子鏈之間簡(jiǎn)單滑移的結(jié)果,而是各個(gè)鏈段協(xié)同運(yùn)動(dòng)的總結(jié)果.在外力作用下,高分子鏈(鏈段)不可避免地要在外力作用的方向有所伸展(取向),當(dāng)外力撤除后,高分子鏈又會(huì)卷曲(解取向),因而整個(gè)形變要回復(fù)一部分,表現(xiàn)出高彈形變的特性當(dāng)前6頁(yè)，總共63頁(yè)。高聚物流體彈性：分子鏈構(gòu)象不斷變化粘性：流動(dòng)中分子鏈相對(duì)移動(dòng)——非牛頓流體非牛頓流體的流變行為用冪律方程表示K,n=const.n=1,牛頓流體n與1相差越大,偏離牛頓流體的程度越強(qiáng)n>1,膨脹性流體n<

1,假塑性流體當(dāng)前7頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.2影響粘流溫度的因素分子結(jié)構(gòu)的影響分子鏈越柔順，粘流溫度越低；分子鏈的極性越大，粘流溫度越高。分子量的影響分子量越大，分子運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的內(nèi)摩擦阻力越大；分子量越大，分子間的纏結(jié)越厲害，各個(gè)鏈段難以向同一方向運(yùn)動(dòng)，因此，粘流溫度越高。外力的影響外力的大小與作用時(shí)間當(dāng)前8頁(yè)，總共63頁(yè)。聚合物分子量與粘流溫度的關(guān)系非晶聚合物成型加工溫度范圍：Tf~Td

(分解溫度)如果聚合物的粘流溫度太高，會(huì)造成成型加工困難，甚至?xí)咕酆衔镌诩庸み^(guò)程中熱分解，因此，聚合物的分子量不宜太高，只要滿足其機(jī)械強(qiáng)度即可。形變溫度M1M2M3M4M1<M2<M3<M4當(dāng)前9頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.3聚合物流動(dòng)性的表征在成型過(guò)程中，聚合物熔體在擠出機(jī)、注射機(jī)或噴絲板等的管道中的流動(dòng)都屬于剪切流動(dòng)（速度梯度的方向與流動(dòng)方向垂直）因此，在大多情況下，可以用剪切粘度來(lái)表示聚合物熔體流動(dòng)性的好壞。工業(yè)上常用熔融指數(shù)來(lái)表示聚合物熔體流動(dòng)性的大小.當(dāng)前10頁(yè)，總共63頁(yè)。剪切粘度t0A零切粘度微分粘度或稠度表觀粘度粘度PN當(dāng)前11頁(yè)，總共63頁(yè)。表觀粘度(apparentviscosity)當(dāng)前12頁(yè)，總共63頁(yè)。

在一定的溫度下和規(guī)定負(fù)荷下,10min內(nèi)從規(guī)定直徑和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管內(nèi)流出的聚合物的熔體的質(zhì)量,用MI表示,單位為g/10min.對(duì)于同種聚合物而言,熔融指數(shù)越大,聚合物熔體的流動(dòng)性越好.但由于不同聚合物的測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條件不同,因此不具可比性.聚合物的熔融指數(shù)

Meltindex——簡(jiǎn)稱MI當(dāng)前13頁(yè)，總共63頁(yè)。

當(dāng)前14頁(yè)，總共63頁(yè)。當(dāng)前15頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.4聚合物熔體的流動(dòng)曲線logtIIIIII第一牛頓區(qū)冪律區(qū)假塑區(qū)第二牛頓區(qū)當(dāng)前16頁(yè)，總共63頁(yè)。表觀粘度和剪切速率的關(guān)系haIIIIIIh0零切粘度h∞牛頓極限粘度請(qǐng)從分子鏈纏結(jié)的概念出發(fā)解釋高聚物的流動(dòng)曲線第一牛頓區(qū)冪律區(qū)假塑區(qū)第二牛頓區(qū)當(dāng)前17頁(yè)，總共63頁(yè)。第一牛頓區(qū)：低剪切速率時(shí),纏結(jié)與解纏結(jié)速率處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,表觀粘度保持恒定,定為0,稱零切粘度,類似牛頓流體。冪律區(qū)：剪切速率升高到一定值,解纏結(jié)速度快,再纏結(jié)速度慢,流體表觀粘度隨剪切速率增加而減小,即剪切稀化,呈假塑性行為。第二牛頓區(qū)：剪切速率很高時(shí),纏結(jié)遭破壞,再纏結(jié)困難,纏結(jié)點(diǎn)幾乎不存在,表觀粘度再次維持恒定,定為,稱牛頓極限粘度,又類似牛頓流體行為。纏結(jié)解纏結(jié)當(dāng)前18頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.5影響聚合物熔體粘度的因素加工條件溫度剪切速率剪切應(yīng)力壓力結(jié)構(gòu)因素分子量分子量分布支化當(dāng)前19頁(yè)，總共63頁(yè)。(1)加工條件的影響ArrheniusEquation阿累尼烏斯方程E-粘流活化能viscousflowenergyWhenT>Tg+100高分子流動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)單元:鏈段(的協(xié)同運(yùn)動(dòng))E由鏈段的運(yùn)動(dòng)能力決定,與分子鏈的柔順性有關(guān),而與分子量無(wú)關(guān)!!當(dāng)前20頁(yè)，總共63頁(yè)。柔性鏈剛性鏈E小E大粘度對(duì)溫度不敏感對(duì)剪切速率敏感粘度對(duì)溫度敏感溫敏材料切敏材料haTPCPEPOMPS醋酸纖維haPEPSPC醋酸纖維當(dāng)前21頁(yè)，總共63頁(yè)。(2)粘度的分子量依賴性分子量M大,分子鏈越長(zhǎng),鏈段數(shù)越多,要這么多的鏈段協(xié)同起來(lái)朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)相對(duì)來(lái)說(shuō)要難些。此外,分子鏈越長(zhǎng),分子間發(fā)生纏結(jié)作用的幾率大,從而流動(dòng)阻力增大,粘度增加。M<McM>McloghalogMlogMc當(dāng)前22頁(yè)，總共63頁(yè)。(3)粘度的分子量分布的依賴性現(xiàn)有分子量相同而分子量分布不同的兩個(gè)試樣低剪切速率時(shí)，高分子量部分為主要因素；高剪切速率時(shí)，低分子量部分為主要因素。loghaHighdistributionSmalldistributionWhy?當(dāng)前23頁(yè)，總共63頁(yè)。(4)分子鏈支化的影響短支化時(shí),相當(dāng)于自由體積增大,流動(dòng)空間增大,從而粘度減小長(zhǎng)支化時(shí),相當(dāng)長(zhǎng)鏈分子增多,易纏結(jié),從而粘度增加當(dāng)前24頁(yè)，總共63頁(yè)。(5)熔體結(jié)構(gòu)的影響當(dāng)分子量相同時(shí)，當(dāng)T在160~200℃時(shí)，η乳液PVC<η懸浮PVC當(dāng)T>200℃時(shí)，η乳液PVC≈η懸浮PVC此時(shí)，乳液法PVC中顆粒已完全消失，因而粘度差別不大。當(dāng)前25頁(yè)，總共63頁(yè)。影響熔體粘度的因素當(dāng)前26頁(yè)，總共63頁(yè)。9.1.6高聚物流體流動(dòng)中的彈性表現(xiàn)高聚物流體是一種兼有粘性和彈性的液體.特別是當(dāng)分子量大,外力作用時(shí)間短或速度很快,溫度在熔點(diǎn)以上不多時(shí),彈性效應(yīng)顯著(?)Weissenberg韋森堡效應(yīng)(亦稱法向效應(yīng)或爬桿效應(yīng))Balus巴拉斯效應(yīng)（亦稱擠出漲大）不穩(wěn)定流動(dòng)當(dāng)前27頁(yè)，總共63頁(yè)。一、法向應(yīng)力效應(yīng)法向應(yīng)力效應(yīng)是由韋森堡首先發(fā)現(xiàn)的，因此又稱之為韋森堡效應(yīng)，其現(xiàn)象如果用一軸在高分子熔體或溶液中快速攪拌，高分子熔體或溶液液面變化與小分子相反，熔體或溶液受到向心力作用，液面在轉(zhuǎn)軸處上升，在轉(zhuǎn)軸上形成較厚的包軸層，故也稱為包軸現(xiàn)象。當(dāng)前28頁(yè)，總共63頁(yè)。包軸現(xiàn)象是由高分子的彈性所引起的，分子鏈被拉伸取向纏繞在軸上，距轉(zhuǎn)軸越近的高分子，受到轉(zhuǎn)動(dòng)線速度大，拉伸取向程度高，大分子取向后，其鏈段有自發(fā)恢復(fù)到蜷曲構(gòu)向的傾向，但此時(shí)彈性回復(fù)受到轉(zhuǎn)軸的限制，使這部分彈性能表現(xiàn)為一種包軸的內(nèi)裹力。把高分子熔體沿軸往上擠（當(dāng)然向下擠看不見(jiàn)）形成包軸層現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)是由于高聚物熔體具有彈性。在受剪切作用而流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生法向應(yīng)力差。對(duì)于牛頓流體，是各向同性，在剪切力作用而流動(dòng)時(shí)，法向應(yīng)力差為零。

當(dāng)前29頁(yè)，總共63頁(yè)。對(duì)于牛頓流體，是各向同性，在剪切力作用而流動(dòng)時(shí)，法向應(yīng)力差為零。對(duì)于非牛頓流體則是各向異性存在法向應(yīng)力，第一法向應(yīng)力差

第二法向應(yīng)力差

且＝0.1~0.3

當(dāng)前30頁(yè)，總共63頁(yè)。二、擠出漲大現(xiàn)象

1.定義：擠出漲大現(xiàn)象又稱巴拉斯現(xiàn)象，是指擠出口模后，擠出物的截面積比口模截面積大的現(xiàn)象，是聚合物熔體彈性的表現(xiàn)。脹大比＝擠出物直徑的最大值Dmax÷口模直徑D0對(duì)于PP或PE，B可達(dá)3.0～4.5當(dāng)前31頁(yè)，總共63頁(yè)。2.引起擠出漲大的原因①高聚物熔體在外力作用下進(jìn)入窄口模，在入口處流線收斂。在流動(dòng)方向上產(chǎn)生速度梯度，因而高聚物分子受到拉伸力，產(chǎn)生拉伸彈性形變。這部分形變一般在經(jīng)過(guò)口模的時(shí)間內(nèi)，還不及松弛，那么到了出口之后，外力對(duì)分子鏈的作用力解除，高分子將由伸展?fàn)顟B(tài)重新回到蜷曲狀態(tài)，發(fā)生出口膨脹。②高聚物在?？變?nèi)流動(dòng)時(shí)，由于切應(yīng)力的作用，產(chǎn)生法向應(yīng)力效應(yīng)，由法向應(yīng)力差所產(chǎn)生的彈性形變?cè)诔隹谀：蠡貜?fù)，因而擠出物直徑漲大。當(dāng)前32頁(yè)，總共63頁(yè)。三、不穩(wěn)定流動(dòng)—熔體破裂(meltfracture)現(xiàn)象所謂熔體破裂現(xiàn)象是高聚物熔體在擠出時(shí)，如果剪切速度過(guò)大，超過(guò)某一極限值時(shí)，從口模出來(lái)的擠出物不再是平滑的，會(huì)出現(xiàn)表面粗糙、起伏不平、螺旋皺紋、擠出物扭曲甚至破碎等現(xiàn)象，也稱為不穩(wěn)定流動(dòng)。

實(shí)際中應(yīng)避免不穩(wěn)定流動(dòng)。當(dāng)前33頁(yè)，總共63頁(yè)。四、

影響高聚物熔體彈性的因素1.剪切速率：隨剪切速率增大，熔體彈性效應(yīng)增大。

2.溫度：溫度↑，大分子松弛時(shí)間τ變短，高聚物熔體彈性↓。3.分子量及分子量分布分子量大或分子量分布寬，高聚物熔體彈性明顯。①M(fèi)↑熔體粘度η↑，松弛時(shí)間τ＝η/E↑，高分子彈性松弛慢，可觀察到②分子量分布寬,E變小，τ↑熔體彈性明顯。當(dāng)前34頁(yè)，總共63頁(yè)。4.流道幾何尺寸①流道管徑突變：導(dǎo)致速度和應(yīng)力分布不同，引起大小不同彈性形變。②L/D大，漲大值B小，因?yàn)槊?xì)管長(zhǎng)，在入口處由于流線收斂而引起的彈性形變可在管內(nèi)松弛。5.増塑劑加入増塑劑，縮短物料松弛時(shí)間，減少高聚物彈性形變當(dāng)前35頁(yè)，總共63頁(yè)。

拉伸粘度和動(dòng)態(tài)粘度

1.

拉伸流動(dòng)在流動(dòng)中凡是發(fā)生了流線收斂或發(fā)散的流動(dòng)都包含拉伸流動(dòng)成分拉伸流動(dòng)的特點(diǎn)：液體流動(dòng)的特點(diǎn)速度梯度方向與流動(dòng)方向向平行，此時(shí)流動(dòng)速度沿流動(dòng)方向改變。

單軸拉伸流動(dòng)：一個(gè)方向流動(dòng)拉伸流動(dòng)

雙軸拉伸流動(dòng)：兩個(gè)互相垂直方向拉伸一、拉伸流動(dòng)和拉伸粘度當(dāng)前36頁(yè)，總共63頁(yè)。特魯頓關(guān)系式：對(duì)于牛頓流體單軸拉伸時(shí)：

－拉伸應(yīng)力

－拉伸應(yīng)變速率

－拉伸粘度，特魯頓粘度

（剪切粘度）雙軸拉伸時(shí)，若，而對(duì)牛頓流體

：雙軸拉伸粘度

尚在研究中當(dāng)前37頁(yè)，總共63頁(yè)。二、動(dòng)態(tài)粘度

在動(dòng)態(tài)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，常常施加給定的正弦應(yīng)變

，求應(yīng)變響應(yīng)若用復(fù)數(shù)表示

應(yīng)變速度對(duì)于粘彈體

應(yīng)力超前應(yīng)變復(fù)數(shù)粘度

因此復(fù)數(shù)粘度

由實(shí)數(shù)和虛數(shù)兩部分組成粘度的實(shí)數(shù)部分稱為動(dòng)態(tài)粘度，表征粘性貢獻(xiàn)。虛數(shù)部分則表示彈性貢現(xiàn)當(dāng)前38頁(yè)，總共63頁(yè)。9.2

多相高分子材料的流變性能

及其形態(tài)

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

PP/CaCO3,PE/高嶺土填充高分子材料：增強(qiáng)高分子材料玻纖增強(qiáng)塑料2.影響多相高分子流變性能因素①體系中各組分的相對(duì)含量，即誰(shuí)是連續(xù)相(continuousphase)，誰(shuí)是分散相(dispersephase)②剪切應(yīng)力或剪切速率當(dāng)前39頁(yè)，總共63頁(yè)。③溫度④模具形狀⑤流動(dòng)形態(tài)二、多相高聚物粘度與組成關(guān)系（一）高聚物/高聚物共混體系主要有以下情況1.共混物粘度介于兩種共聚物粘度之間2.小比例共混使粘度大大下降，且共混物粘度比兩組分本身粘度都小

如Viton/EPDM含氟彈性體解釋原因：熔體的超分子結(jié)構(gòu)角度。當(dāng)一種聚合物中含有少量另一種高聚物時(shí)，可大大改變?nèi)垠w超分子結(jié)構(gòu)。因而粘度大幅下降。第二種高聚物繼續(xù)增加時(shí)，熔體的超分子結(jié)構(gòu)不再影響改變，因而粘度變化趨緩。當(dāng)前40頁(yè)，總共63頁(yè)。

3.共混物熔體的粘度隨混合比變化出現(xiàn)極大值或極小值

出現(xiàn)極大值或極小值的原因：相逆轉(zhuǎn)，粘度突變連→分分→連

當(dāng)前41頁(yè)，總共63頁(yè)。（二）填充體系1.高聚物加入CaCO3碳黑等填料時(shí)，通常使高聚物粘度增大影響因素：①填料量②填料顆粒形狀，粒徑大小及分布③填料對(duì)高聚物的親和性2.彈性減小：通常被擠出物料熔體彈性效應(yīng)減小當(dāng)前42頁(yè)，總共63頁(yè)。三、多相高聚物流變性與形態(tài)的關(guān)系當(dāng)某一共混比時(shí)（HDPE/PS=75/25）,若共混物微觀上上兩相分散很充分，很難分出連續(xù)相和分散相，此時(shí)兩相界面間作用力大，共混物流動(dòng)阻力大，粘度出現(xiàn)極大值，反之，則出現(xiàn)極小值。當(dāng)前43頁(yè)，總共63頁(yè)。9.3聚合物熔體的切粘度測(cè)試方法落球粘度計(jì)毛細(xì)管流變儀旋轉(zhuǎn)流變儀當(dāng)前44頁(yè)，總共63頁(yè)。①落球粘度計(jì)

(fallingsphereviscometer)當(dāng)前45頁(yè)，總共63頁(yè)。②毛細(xì)管流變儀(capillaryviscometer)

當(dāng)前46頁(yè)，總共63頁(yè)。當(dāng)前47頁(yè)，總共63頁(yè)。③同軸圓筒粘度計(jì)

(coaxialcylinderviscometer)當(dāng)前48頁(yè)，總共63頁(yè)。當(dāng)前49頁(yè)，總共63頁(yè)。同心圓筒夾具材料材料范圍：低粘度流體有限穩(wěn)定性的懸浮液對(duì)應(yīng)力敏感性材料的面積效應(yīng)裝載過(guò)程中的加工歷史當(dāng)前50頁(yè)，總共63頁(yè)。平行板夾具間距可調(diào)推薦0.2to2.5mm(根據(jù)樣品的粘度)可棄式平行板夾具 針對(duì)熱固性材料齒型平行板針對(duì)易打滑樣品當(dāng)前51頁(yè)，總共63頁(yè)。錐板/平行板夾具測(cè)量材料范圍：高分子熔體流體(懸浮液/乳液)由錐度固定夾具間距；在動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描或穩(wěn)態(tài)應(yīng)變掃描實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有速度的梯度；等溫實(shí)驗(yàn)；當(dāng)前52頁(yè)，總共63頁(yè)。固體扭轉(zhuǎn)夾具應(yīng)用范圍 高模量固體樣品熱固性材料熱塑性材料彈性體當(dāng)前53頁(yè)，總共63頁(yè)。材料的流變性能舉例?流變性能–粘度與流動(dòng)–模量與彈性當(dāng)前54頁(yè)，總共63頁(yè)。宏觀世界:應(yīng)用背景的形變、時(shí)間與溫度

流動(dòng)過(guò)程

剪切速率

沉淀(Sediments) 10e-6~10e-4

垂掛/流平(Sagging/Leveling)

10e-2~10e-1

管