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匯報(bào)人:楊成玉2011年10月23日聚合物流變學(xué)導(dǎo)論學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉2匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉3IntroductiontoRheology什么是流變學(xué)?流變學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支,是主要研究材料在外界作用(應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、輻射等)下的變形和流動(dòng)的科學(xué)Rheologyis“thestudyoftheflowanddeformationofallformsofmatter.”——E.C.Bingham,M.ReinerApr.29th,1929“EverythingFlows”
萬(wàn)物皆流——Heraclitus(赫拉克利特,紀(jì)元前五世紀(jì)的希臘哲學(xué)家)學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉4IntroductiontoRheologyGenesisofRheology英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋(1869年)材料可以是彈性的,又可以是粘性的對(duì)于粘性材料,應(yīng)變相同的情況下,應(yīng)力不能保持恒定,而是以某一速率減小到零,其速率取決于施加的起始應(yīng)力值和材料的性質(zhì)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力松弛許多學(xué)者還發(fā)現(xiàn),應(yīng)力雖然不變,材料棒卻可隨時(shí)間繼續(xù)變形,這種性能就是蠕變或流動(dòng)一切材料都具有時(shí)間效應(yīng),于是出現(xiàn)了流變學(xué)1929年,美國(guó)在賓漢教授的倡議下,創(chuàng)建流變學(xué)會(huì),隨后荷蘭、英國(guó)相繼出現(xiàn)了流變學(xué)會(huì)1948年國(guó)際流變學(xué)會(huì)議就是在荷蘭舉行法國(guó)、日本、瑞典、澳大利亞、奧地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利時(shí)等國(guó)也先后成立了流變學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉5IntroductiontoRheologyExamplesforApplicationsofRheologyPolymerPlastics;Rubbers;Fibers;Adhesives(粘合劑);Coatings(涂料)…-Melts:Injection;Extrusion;Thermoforming(熱加工)......-Solids:MechanicalProperties;Deformation;Fracture......Biology,MedicineMedicament(藥劑);Hemorheology(血液流變學(xué));Muscle……ChemicalEngineeringGeology,RockOthers:Drillingmuds(鉆探泥漿),Cement(水泥)……學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉6匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉7CotentofPolymerRheology聚合物的結(jié)構(gòu)和聚合物的材料加工,及測(cè)定方法和實(shí)際應(yīng)用聚合物流變行為與數(shù)學(xué)模式(應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系式或應(yīng)力和應(yīng)變速率的關(guān)系式)不同溫度、壓力、化學(xué)環(huán)境對(duì)聚合物流變行為的影響分子量、分子結(jié)構(gòu)、添加劑的濃度對(duì)聚合物性能的影響聚合物流變性能的表征和測(cè)定方法聚合物流變學(xué)的實(shí)際應(yīng)用學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉8匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉9MethodofPolymerRheology理論模擬宏觀法(經(jīng)典的唯象研究方法)將聚合物看作由連續(xù)質(zhì)點(diǎn)組成,材料性能是位置的連續(xù)函數(shù),研究材料的性能是從建立粘彈模型出發(fā),進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變或應(yīng)變速率分析純彈性物體,可以用胡克定律來(lái)描述,對(duì)于牛頓流體,可以用“應(yīng)力=粘度×應(yīng)變速率”來(lái)描述微觀法(分子流變學(xué)方法)從分子運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā),對(duì)材料的力學(xué)行為和分子運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行相互關(guān)聯(lián),提出材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀流變行為的聯(lián)系學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉10MethodofPolymerRheology實(shí)驗(yàn)流變學(xué)通過(guò)各種流變儀,包括擠出式流變儀,旋轉(zhuǎn)式流變儀,振蕩式流變儀,轉(zhuǎn)矩流變儀,拉伸流變儀來(lái)測(cè)量不同剪切應(yīng)力下,流體粘度、流速等的變化,再進(jìn)行分析,從中得出該物質(zhì)的模量、分子量等重要性質(zhì)加工流變學(xué)聚合物加工操作單元的流變學(xué)分析(擠出、注射、紡絲)異常流變行為(擠出脹大、熔體破裂、拉伸共振、壁滑等)多相高分子體系的流變學(xué)規(guī)律學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉11匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉12TheBasisofViscoelasticMaterials牛頓粘性粘度為一常數(shù)的流體稱(chēng)為牛頓流體,應(yīng)力正比于應(yīng)變,應(yīng)變隨時(shí)間成線性發(fā)展流體在流動(dòng)時(shí),存在著流體與固體表面的附著力和流體內(nèi)部分子間的作用,流體不斷發(fā)生剪切變形,流體的粘滯性就是流體抵抗剪切變形的能力,簡(jiǎn)稱(chēng)流體的粘性粘度是流體粘滯性的度量,用以描述流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦大小,也就是說(shuō)流體內(nèi)部分子間作用力越大,流體的粘滯性越大,流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦越大,流體粘度也就越大學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉13TheBasisofViscoelasticMaterials胡克彈性1678年,胡克假定“任何一根彈簧的力與由此產(chǎn)生的伸長(zhǎng)成正比”即胡克彈性定律胡克定律表示材料在受力時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系,線性彈性也稱(chēng)胡克彈性在物體上施加外力,產(chǎn)生瞬時(shí)變形,除去外力,變形立即消失,這種與時(shí)間無(wú)關(guān)的變形稱(chēng)為彈性變形,物體具有彈性變形的性質(zhì)稱(chēng)物體的彈性,也就是狹義的彈性叫胡克彈性或線性彈性學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉14TheBasisofViscoelasticMaterials粘性和彈性的轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)觀念中,固體毫無(wú)疑問(wèn)是彈性的,流體是粘性的,然而他們卻是材料屬性不可分割的兩部分,相互依存,相互轉(zhuǎn)化粘彈體在外力作用下哪一種性質(zhì)占優(yōu)勢(shì),依賴(lài)于應(yīng)力和施加應(yīng)力的持久性,在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,假若實(shí)驗(yàn)相對(duì)緩慢,樣品似乎呈現(xiàn)粘性而不是彈性,但是假若實(shí)驗(yàn)相對(duì)較快,似乎呈現(xiàn)彈性而不是粘性,在中等時(shí)間標(biāo)度,觀察到混合(粘彈性)響應(yīng)流變學(xué)的產(chǎn)生,采用流變性?xún)x器就可以在施加非常寬的應(yīng)力范圍,非常寬的頻率譜內(nèi)研究固體的粘性和流體的彈性學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉15匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉16StatesofMatterSmallmoleculesandPolymerMuchmorecomplexbehaviorSmallmoleculesPolymerGas-Water-Ice學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉17匯報(bào)提綱IntroductiontoRheologyCotentofPolymerRheologyMethodofPolymerRheologyTheBasisofViscoelasticMaterialsStatesofMatterTheMainRheologicalBehaviorofPolymer學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉18TheMainRheologicalBehaviorofPolymer聚合物熔體粘度的剪切速率依賴(lài)性牛頓流體的粘度在一定溫度下是常數(shù),與剪切速率γ無(wú)關(guān)假塑性曲線顯示出第一牛頓區(qū)(布朗運(yùn)動(dòng))、剪切稀化區(qū)(剪切作用大于布朗運(yùn)動(dòng)作用)、第二牛頓區(qū)(分子鏈的纏繞已經(jīng)完全解體)剪切稀化現(xiàn)象是由于流體中粒子發(fā)生定向、伸展、變形或分散圖中塑性曲線顯示出一個(gè)屈服應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力小于屈服應(yīng)力時(shí),流體不流動(dòng),只發(fā)生切應(yīng)變?chǔ)?,?0學(xué)習(xí)交流報(bào)告匯報(bào)人:楊成玉19TheMainRheologicalBehaviorofPolymer聚合物溶液的主要彈性表現(xiàn)RodClimb-up(WeissenbergEffect)DieSwell(Ba
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