高分子流体流动的影响因素共65页文档
高分子流体流动的影响因素
高分子流体流动的影响因素1、高分子流体的涵义？指高分子的均相熔体、多相体系熔体、复合体系熔体、乳液、悬浮液、高分子浓溶液/稀溶液等。
决定其流动行为的因素很多：如分子量的大小和分布、分子的结构、形状和分子间的相互作用，不同相结构间的相互作用，温度、流场的形状及变化，物理缠结和解缠、化学交联和降解等2、流动单元的概念？指高分子流体能够发生流动的最小单位。
注意：（1）由于高分子链的长径比非常大，且分子链的形状高度不对称，因此，很难得到或观察到分子级的高分子流体，往往是尺寸较大的超分子聚集体。
（2）在流动过程中，由于分子之间的不断相互作用，超分子聚集体的尺寸也不断变化，因此流动单元的大小也是一个不确定的概念。
3、黏度指一点处的应力除以该处的形变速率，如：拉伸黏度：拉伸应力/该处的拉伸形变速率；本体黏度：压缩应力/该处的压缩形变速率；剪切黏度：剪切应力/该处的剪切形变速率。
4、高分子流动中最重要的参数是什么？高分子流动中最重要的参数是---黏度。
注意：影响高分子流体黏度的影响因素：剪切速率，分子特性，压力，温度。
【一】剪切速率对黏度的影响（一）、影响过程：当高分子的分子链处于有剪切速率变化引起的、具有速度梯度的流场中，整个长链不会都处于同一速度区：其中某一端可处于速度较快的中心区，而另一端处于接近管壁的速度较慢区，此时，长分子链的两端就会产生相对移动，可能使分子链发生伸直和取向。
流速梯度(或剪切速率)越大，取向越明显；如速度梯度很低，则在分子布朗运动的影响下，这种取向效应很快消失，宏观表现为发生松弛；如速度梯度提高，这种取向度也不会增加。
在流动曲线上表现出牛顿-非牛顿-牛顿行为的变化趋势。
（二）、典型表现：“剪切变稀”效应这种效应对高分子材料加工具有重要意义：由于实际加工过程都在一定剪切速率范围内进行，因此掌握材料黏度-剪切速率依赖性的“全貌”对指导改进高分子材料加工工艺十分必要。
材料的“剪切变稀”曲线给出的信息：1）材料的零剪切粘度高低不同：对同一类材料而言，主要反映了分子量的差别；2）材料流动性由线性行为（牛顿型流体）转入非线性行为（非牛顿型流体）的临界剪切速率不同；3）幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n 不同：流动指数反映了材料黏度-剪切速率依赖性的大小。
第五章高分子流体流动的影响因素
高分子构象改变说
当体系流动时，由于外力或外力矩的作用，大分子链的构象被迫发
生改变。同时由于大分子链运动具有松弛特性，被改变的构象还会 局部或全部地恢复。
当流动过程进行得很慢时，熔体中大分子链的构象也接近于Gauss 链构象。体系所受的剪切应力或剪切速率很小，分子链的构象变化 得也很慢。而且分子链运动有足够的时间进行松弛，致使其构象分 布从宏观上看几乎不发生变化，故体系粘度也不变(趋于ηo)，表现出 牛顿型流动特点。
第一节
剪切速率对粘度的影响
2、非牛顿流体
①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。
几个概念
幂律方程 K n
n=1,牛顿流体;n<1,假塑性流体;n>1,膨胀性流体
第一节
剪切速率对粘度的影响
几个概念
高度缠结的 拟网结构
第一节
剪切速率对粘度的影响
聚合物的切粘度对切变速率的依赖性
高分子构象改变说
已知柔性链高分子在溶液或 熔体中处于卷曲的无规线团状。
(a) 剪切前
(b) 剪切后
大分子链在切应力作用下沿流动方向取向
当体系处于平衡时，熔体中大分子链的构象也接近于Gauss链构象。
第一节
剪切速率对粘度的影响
聚合物的切粘度对切变速率的依赖性
第五章 高分子流体流动 的影响因素
主讲教师：胡圣飞 张荣
请
第五章 Chapter 5
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
剪切速率对粘度的影响 链结构对粘度的影响 温度对粘度的影响 压力对粘度的影响 配合剂对粘度的影响
第一节
剪切速率对粘度的影响
第五章 高分子流体流动的影响因素
当小于Mc时,黏度与分子量成正比,当大于时, 则黏度随着分子量急剧增大.K1K2同温度和分
0
K
2
M
3.4 w
(
M
w
Mc)
子结构有关。
当低分子量,分子间可能有缠结,但是解缠结进行的很快,未形成有效的 拟网状结构.当大于临界分子量时分子链长而互相缠结,流动单元变大, 流动阻力增大,因此黏度急剧增加.注射成型用的分子量较低,挤出成型 用的分子量较高,吹塑成型用的分子量介于两者之间
5.2 分子量对黏度的影响
分子量分布：分子量相同时，分子量分布窄粘度变化小
1－分子量分布宽
2－分布窄
2 1
ŕ
分布窄的长链比率小,在剪切速率低时, 宽的缠结结构多,拟网状结构密度大,所以 粘度高.在高剪切速率时,宽的增加剪切速 率破坏的拟网状结构多,解缠绕多,拟网状 结构密度大大降低,流动单元减小,阻力减 小,所以剪切变稀明显.
黏动度时下所降需越要明的显能。量J/mol；
哪些R聚—合—物气熔体体常Eη数高，？8.32J/mol·K； T——绝对温度，K°；
表观黏度对温度敏感高聚物：
分子链刚、极性大或有较强极性取代基团的 高聚物，PMMA、PC、PS、PA、PET、PVC等。
注意： 并不是ηa 对T不敏感的高聚物其ηa 不能用
纺丝和塑料的注射和挤出加工中剪 切速率比较高，分子量分布的宽窄 对于熔体粘度的剪切速率依赖性影 响较大，MI并不能很好的反映高剪 切速率下的粘度，MI相近，但在高 剪切速率下分子量分布窄的粘度比 分子量分布宽的粘度高。
橡胶加工中要求分子量分布宽，低分子 量的相当于增塑剂，对高分子量的部分 起着增塑的作用，与其它添加剂混炼捏 合时，比较容易吃料，流动性较好，可 减少动力消耗提高产品的外表光洁度， 而高分子量则保证产品物理力学性能。
高分子流体流动的影响因素
logŕ
刚性链:两者↑,下降不明显 柔性链:两者↑,下降明显.
柔性链容易通过链段运 动取向或者链的解缠结, 使拟网状结构密度下降, 流动单元减小,流动阻力 下降明显.对刚性链链段 长,而在黏度大的熔体中 要使整个分子取向困难, 内摩擦阻力大,流动过程 中取向作用小,随着剪切 速率增加,粘度变化小.
当小于Mc时,黏度与分子量成正比,当大于时, 则黏度随着分子量急剧增大.K1K2同温度和分
0
K
2
M
3.4 w
(M
w
Mc)
子结构有关。
当低分子量,分子间可能有缠结,但是解缠结进行的很快,未形成有效的 拟网状结构.当大于临界分子量时分子链长而互相缠结,流动单元变大, 流动阻力增大,因此黏度急剧增加.注射成型用的分子量较低,挤出成型 用的分子量较高,吹塑成型用的分子量介于两者之间
分子量分布常用重均分子量与数均分子量的比值来表示：
MWB M W / M n
高分子材料的分子量分布及平均分子量
分子量分布：分子量相同时，分子量分布窄粘度变化小
1－分子量分布宽
2－分布窄
2 1
ŕ
分布窄的长链比率小,在剪切速率低时, 宽的缠结结构多,拟网状结构密度大,所以 粘度高.在高剪切速率时,宽的增加剪切速 率破坏的拟网状结构多,解缠绕多,拟网状 结构密度大大降低,流动单元减小,阻力减 小,所以剪切变稀明显.
链在高频下容易发生解缠结，并产生
滑移，所以频率依赖性很强。
上述比较是在重均分子量相同，分布也近似的条件下 典型短支链HDPE，LLDPE，长支链-LDPE
5.5 压力对黏度的影响
压力：压力升高，黏度增加
高压下，高分子材料内部的自由体积减小，分子链活动性 降低，从而使玻璃化转变温度升高（<100MPa）。压力对无 定形材料影响高于结晶型材料。
高分子流体流动的影响因素65页PPT
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
65
高分子溶液中的流体流动特性
高分子溶液中的流体流动特性引言高分子溶液是指在溶剂中溶解的高分子物质，其具有特殊的流动特性。
高分子溶液的流动特性研究对于理解高分子溶液的性质以及应用于工业生产和科学研究中具有重要意义。
本文将介绍高分子溶液中的流体流动特性，并探讨其在不同条件下的变化规律。
高分子溶液的流动行为高分子溶液中的流动行为受到多种因素的影响，包括高分子的分子量、浓度、溶剂的性质以及温度等。
在高分子溶液中，高分子链的扩展和流动引起了流变性质的变化。
高分子链的扩展高分子溶液中的高分子链存在不同的构象，包括缠绕、拉直和伸展等。
当高分子链在流动中受到剪切力时，链的构象会发生改变，并导致高分子溶液的流动特性的变化。
流变曲线高分子溶液的流变曲线描述了溶液在外力作用下的应变和应力之间的关系。
常见的流变曲线包括剪切应力-剪切速率曲线和应力-应变曲线。
通过分析流变曲线可以获得高分子溶液的黏度、弹性模量和黏弹性等流动特性。
布洛赫方程和弗拉奇方程布洛赫方程和弗拉奇方程是描述高分子溶液流动行为的数学模型。
布洛赫方程适用于低剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的扩展和沙龙机制。
弗拉奇方程适用于高剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的断裂和再组合。
高分子溶液流动特性的影响因素高分子溶液的流动特性受到多种因素的影响，以下是几个常见的影响因素：高分子的分子量高分子的分子量是影响高分子溶液流动特性的重要因素之一。
一般来说，高分子的分子量越大，溶液的粘度越高，流动性变差。
这是因为高分子链的扩展和流动需要消耗更多的能量。
高分子的浓度高分子溶液中高分子的浓度也会影响流动特性。
当高分子浓度较低时，高分子链之间的相互作用较弱，溶液较为稀薄，流动性较好。
当高分子浓度较高时，高分子链之间的相互作用增强，溶液变得较为粘稠，流动性变差。
溶剂的性质溶剂的性质对高分子溶液的流动特性也有影响。
不同的溶剂对高分子链的溶解能力不同，这会影响高分子链的构象和流动行为。
例如，极性溶剂和非极性溶剂对高分子的影响不同。
第五章 高分子流体流动的影响因素
本章主要内容：
剪切速率的影响 分子量的影响 分子形状的影响 时间、压力的影响 温度的影响
剪切粘度受众多因素影响，如实验和生产工艺条 件（温度T，压力P，剪切速率，剪切应力等）；物 料结构及成分的影响（配方成分）；大分子结构参 数的影响（平均分子量，分布，支化等）。 5.1 链结构 前面已经介绍过聚合物的流动是分段进行的，是 通过链段相继移动，导致分子链重心沿外力方向移 动，从而实现流动，因此分子间作用力小，分子链 柔顺性大，分子链中链段数越多而且越短，链段活 动能力越大，钻孔洞容易，通过链段活动产生的大 分子相对位移的效果也越大，流动性越好。
17.44(T Tg ) (T ) lg lg T 51.6 T Tg WLF方程： (Tg )
其中，αT为移动因子，η（Tg）为Tg时的材料 粘度，对于大多数非晶高分子材料， η（Tg）≈1012Pa· s ，因此知道了材料的Tg ，即 可计算Tg→Tg＋100℃范围内材料的粘度。
2.分子量 线性柔性链高分子熔体或浓溶液的η0剪切粘 度与平均分子量之间的关系符合Fox－ Flory公式，
式中，Mc为分子链发生缠结的临界分子量， 对于PE，Mc约3800～4000；PS，Mc3800；聚 异丁烯15200～17000，PMMA 27500。 K1、K2是与温度及分子结构相关的材料参数， 一般柔性链材料的K1、K2值较小，刚性链的K1、 K2大。随温度的变化规律与η0随温度的变化相仿， 符合Arrhenius方程。
可见，Eγ随γ大而减小，而Eτ与τ的相关性较小，实 验发现就橡胶材料而言，非结晶型橡胶如丁苯橡胶 Eτ几乎与τ无关，接近恒定值，结晶型橡胶如天然 橡胶等，当剪切应力较低时，Eτ接近恒定，而当τ 较高时，Eτ随τ增大而增大，可能与此类橡胶在高τ 下产生应力诱导结晶相关。因此在表征E时，以恒 切应力条件为佳。
第五章 高分子流体流动的影响因素
1、牛顿流体
剪切形变
dx
dy
，剪切应力
F
A
(s -1 )
切变速率 dr d ( dx ) d ( dx ) dv
dt
dt dy
dy dt
dy
牛顿流动定律： （单位Pa·s）
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。牛顿流体的 粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。 牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。小分子的孔穴模型。
第二节 II、 分子量
链结构对粘度的影响
零切粘度与重均分子量的关系
Fox - Flory 公式： η0 =
3.4 K1Mw
Mw ＞ Mc Mw ＜ Mc
1-1.6 K2Mw K1、K2为常数；
Mc 为分子链发生缠结的临界分子量
物理意义： • 平均分子量＜临界分子量时，材料的η0与分子 量基本成正比关系，分子间相互作用弱。 • 分子量大到发生相互缠结，分子链间的相互作 用缠结突然增强，一条分子链上受到的应力会传 递到其它分子链上，则材料的粘度会随分子量的 3~4次方迅速增长。
第二节
链结构对粘度的影响
III、分子量分布
第二节
链结构对粘度的影响
III、分子量分布
影响聚合物加工性能和产品性能的是整个分子量分布中起主导作 用的那一部分分子链。 分子量分布宽：低分子部分起到增塑作用，故Tf 较低，流动加工性好。 分子量分布窄：分子量发生相对位移的温度范围窄， Tf 偏高。 ★对橡胶而言：分子量分布应适当宽一些。 ★对塑料而言：不一定越宽越好。如性能变差、应力开裂等。
平均分子量相同，而分布宽的聚合物中必然有较多特长和特短的 原因： • 分子。特长分子对粘度贡献大。所以 γ 低时，分布宽的 η 高， • 当 γ 增大时分布宽的聚合物首先出现粘度下降，出现非牛顿型流 • 动的 γ 值分布宽的低。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠流体流动的影响因素
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
▪