高聚物熔體的流變性教學(xué)課件

第七章高聚物熔體的流變性質(zhì)主要內(nèi)容剪切力作用下高聚物熔體的流動(dòng)特征和流動(dòng)曲線流體粘度的表示及熔體切粘度的影響因素和測(cè)試方法高聚物熔體的彈性表現(xiàn)7.1高聚物的流動(dòng)特性7.1.1牛頓流體和非牛頓流體剪切流動(dòng)橫向的速度梯度場(chǎng)液體內(nèi)部?jī)?nèi)摩擦阻力即切粘度(1)牛頓流體及牛頓流動(dòng)定律粘度不隨剪切應(yīng)力和切變速率的大小而改變,始終保持常數(shù)的流體,通常為生流休。低分子液體和高分子的稀溶液屬干這一類牛頓流動(dòng)定律:描述牛頓流體層流行為的最簡(jiǎn)單定律了液體流動(dòng)時(shí),切變速率γ即速度梯度dde/dt了切應(yīng)力。即為垂直于y軸的單位面積液層上所受的力。液體流動(dòng)時(shí),受到的切應(yīng)力越大,產(chǎn)生的切變速率越大,對(duì)小分子來說,切應(yīng)力σ。與切變速率成正比dn上式稱為牛頓流動(dòng)定律,比例常數(shù)n稱為切粘度,等于單位速度梯度時(shí)即液體流動(dòng)速度梯度為1秒-時(shí),單位面積上所受到的切應(yīng)力。了切粘度的國(guó)際單位制單位是牛頓秒/米2,即帕斯卡·秒(2)非牛頓流體及幕律公式高分子熔體、濃溶液、分散體系等許多液體不完全服從牛頓流動(dòng)定律,這類液體統(tǒng)稱為非牛頓流體。其中流變行為與時(shí)間無關(guān)的流動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)非牛頓流體包括假塑性流體,膨脹性流體和賓漢(Bingham)流體圖7-2各種流體的流動(dòng)曲線及表觀粘度與切變速率的關(guān)系N:牛頓流體;P;假塑性流體系;d:膨脹性流體;B:假塑性賓漢流體①賓漢流體賓漢流體是非牛頓流體的一種,也稱塑性流體。具有明顯的塑性行為,即在切應(yīng)力σ小于一定值σ時(shí)根本不發(fā)生流動(dòng),=0,相當(dāng)于虎克固體;而超過σ后,則可像牛頓液體一樣流動(dòng)或呈現(xiàn)假塑性流體的流動(dòng)特征。如泥漿、牙膏、油漆、瀝青和涂料等賓漢流體的塑性行為或流動(dòng)臨界應(yīng)力的存在與流體分子締和或某種凝膠性結(jié)構(gòu)有關(guān)賓漢流體的流變方程可表示為臨界值σ也稱屈服應(yīng)力,n稱為賓漢粘度或塑性粘度②假塑性流體大多數(shù)高聚物熔體和濃溶液在低切變速率時(shí)為牛頓流體,但是隨著切變速率或剪切應(yīng)力的增加,其粘度逐漸減少,呈現(xiàn)假塑性流體特征假塑性流體的流動(dòng)特征:表觀粘度隨切變速率增大而下降即剪切變稀。了可能的原因:在適度的流速或剪切力場(chǎng)中,不同流層間長(zhǎng)鏈分子間的解纏繞作用使粘度降低。絕大多數(shù)高聚物的熔體及其濃溶液都屬于假塑性流體。③膨脹性流體膨脹性流體與假塑性流體相反,切變速率增加比剪切力增加要慢一些。其表觀粘度隨著切變速率的增大而升高,即發(fā)生剪切變稠了含有較高體積分?jǐn)?shù)固相粒子的懸浮體、膠乳和高聚物的固體顆粒填充體系等屬于此種流體。假塑性和膨脹性流體的流動(dòng)曲線都是非線性的,用指數(shù)關(guān)系可以描述其剪切應(yīng)力和切變速率的關(guān)系,即所謂幕律公式σ=K式中K是常數(shù),n為非牛頓指數(shù),可用來判斷流體偏離牛頓流動(dòng)的程度rn值離整數(shù)1越遠(yuǎn),則流體非牛頓性越明顯。假塑性流體n<1,而膨脹性流體n>1牛頓流體可以看成是n=1的特殊情況。了在很寬的切變速率范圍內(nèi),n并不是常數(shù),具有切變速率依賴性表7-1幾種高聚物熔體的非牛頓指數(shù)n與切變速率的關(guān)系高聚物粟甲益門佛共甲要哦廢6乙一岡低態(tài)度甲幽(230〔200℃〕(285℃)共物(230乙〔170裂乙烯〔150℃0.700.660.8200.3d00.220.420.710.190.180.180.400.15n隨y增大而減小,高聚物熔體在高切變速率下假塑性增大。④其它流體些流體的表觀粘度表現(xiàn)出強(qiáng)烈的時(shí)間依賴性了這類具有時(shí)間依賴性的非牛頓流體大致分為觸變性和搖凝性兩類觸變性流體的粘度隨著流動(dòng)過程持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)而下降,而搖凝性流體粘度上升