本章内容 聚合物熔体剪切粘度的影响因素 聚合物熔体的压力流动
合集下载
影响聚合物流变行为的主要因素
6、管道收敛角不宜过大 否则拉伸应变增加会引起大量弹性能的储存，引起制品变形和扭曲，
甚至引起熔体破裂
7、拉伸应变速率(拉伸速度梯度）
έ=dε/dt=(1/L)(dL/dt) 8、拉伸粘度λ
σ= λ έ=（ λ/L) (dL/dt) 拉伸粘度对剪切速率也有依赖性
9、拉伸粘度与剪切粘度关系
低应力或低应变速率范围（牛顿流动条件下）拉伸粘度不依赖于应力 或应变速率，其值为剪切粘度的三倍 高应力或低应变速率时，拉伸粘度的变化随聚合物种类而不同
上节内容回顾
三热塑性和热固性聚合物流变形为的比较
聚合物加热达到粘流态(软化)
1 热塑性聚合物的加工过程
冷却定型
材料的熔融体,在压力的作用下产生流 动,变形获得所需的形状
2 热固性聚合物的加工过程
活性组分高温下产生交联, 固化
热固性聚合物熔体的剪切粘度可以用剪切速率i、温度T和硬化程度α函数式表示 如下：
2 聚合物加工过程中剪切速率的确定
粘度对Y的敏感性指标：聚合物粘 度对剪切速率的敏感性还可用在 100秒-1和1000秒-1的粘度比)来表 示． 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等都 属于对y敏感的聚合物。 而聚甲醛、聚碳酸酯，聚对苯二 甲酸乙二酯等对y不敏感的聚合物。
四聚合物结构因素和组成对粘度的影响
2 聚合物的分子量
3 聚合物的分子量分布
Mw＞MC α=3.4 –3.5; 1 Mw ＜ MC 1＜ α ＜1．8
1 分子量分布窄的聚合物，其熔体粘度对温度变化的敏感性要比分子量分布 宽的聚合物为大。 2 分子量分布宽的聚合物，对剪切敏感性较大，即使在较低的剪切速率或剪 应力下流动时，也比窄分布的同样材料更具有假塑性
ⅰ. 收敛流动和拉伸流动的性质一样，但在拉力场中液体的收敛角远比 锥形管道中要小的多
甚至引起熔体破裂
7、拉伸应变速率(拉伸速度梯度）
έ=dε/dt=(1/L)(dL/dt) 8、拉伸粘度λ
σ= λ έ=（ λ/L) (dL/dt) 拉伸粘度对剪切速率也有依赖性
9、拉伸粘度与剪切粘度关系
低应力或低应变速率范围（牛顿流动条件下）拉伸粘度不依赖于应力 或应变速率，其值为剪切粘度的三倍 高应力或低应变速率时，拉伸粘度的变化随聚合物种类而不同
上节内容回顾
三热塑性和热固性聚合物流变形为的比较
聚合物加热达到粘流态(软化)
1 热塑性聚合物的加工过程
冷却定型
材料的熔融体,在压力的作用下产生流 动,变形获得所需的形状
2 热固性聚合物的加工过程
活性组分高温下产生交联, 固化
热固性聚合物熔体的剪切粘度可以用剪切速率i、温度T和硬化程度α函数式表示 如下：
2 聚合物加工过程中剪切速率的确定
粘度对Y的敏感性指标：聚合物粘 度对剪切速率的敏感性还可用在 100秒-1和1000秒-1的粘度比)来表 示． 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等都 属于对y敏感的聚合物。 而聚甲醛、聚碳酸酯，聚对苯二 甲酸乙二酯等对y不敏感的聚合物。
四聚合物结构因素和组成对粘度的影响
2 聚合物的分子量
3 聚合物的分子量分布
Mw＞MC α=3.4 –3.5; 1 Mw ＜ MC 1＜ α ＜1．8
1 分子量分布窄的聚合物，其熔体粘度对温度变化的敏感性要比分子量分布 宽的聚合物为大。 2 分子量分布宽的聚合物，对剪切敏感性较大，即使在较低的剪切速率或剪 应力下流动时，也比窄分布的同样材料更具有假塑性
ⅰ. 收敛流动和拉伸流动的性质一样，但在拉力场中液体的收敛角远比 锥形管道中要小的多
影响聚合物流变行为的主要因素
浅谈影响聚合物流变行为的主要因素侯健高分子102 班5701110054 摘要：聚合物熔体在一定剪切速率下的黏度，反映了它在该剪切速率时的流变行为。
因此，研究影响聚合物流变行为的主要因素即影响聚合物熔体黏度的因素。
这可以从聚合物本身和工艺条件两方面来考虑。
关键词：聚合物；流变行为；黏度；主要因素1、聚合物结构因素和其他组成成分对黏度的影响聚合物的结构因素包括链结构和链的极性、分子量、分子量分布以及聚合物的组成等．对聚合物的黏度有明显的影响。
聚合物的分子结构对黏度的影响较为复杂。
一般来说，聚合物的链结构的极性使分子间的作用力增大，例如结晶聚合物和极性聚合物。
分子间作用力大，黏度就高，反之则低。
聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等的熔体年度要比聚乙烯、聚内烯大得多。
此外．聚合物分子结构不同，熔体黏度对温度的敏感性也不同。
刚性分子链对温度比对柔性分子链敏感，因此提高其成型温度有利于增加聚合物熔体的流动性。
支链结构对黏度也有影响，又以长支链对黏度的影响最大。
聚合物分子量越大，流动时所受阻力也就越大，熔体黏度必然也就高。
不同的成型方法对聚合物熔体黏度的要求不一样，因此对分子量的要求也不同。
通常注射成型要求聚合物的分子量较低，挤出成型则可吹塑成型所要求的分子量介于挤出成型和注射成型之间聚合物分子量分布对熔体黏度的影响，在不同剪切应力和不同剪切速率下表现不同，当分子量相同时，随着剪切应力或剪切速率的增加，分子量分布宽的要比分子量分布窄的黏度下降快。
实际生产中，塑料成型通常都在较高的剪切作用下进行，因此，分子量分布宽的聚合物熔体黏度小，容易流动，但会使制品的使用性能降低。
为了提高产品质量，要减少聚合物中的低分子量部分，尽量使用分子量分布较窄的聚合物。
2、温度对黏度的影响温度升高，链段活动能力强，分子间距增大，分子间作用力下降，流动性增加，即粘度下降。
不同聚合物其熔体黏度对温度变化的敏感性不完全相同。
一般来说，聚合物熔体黏度对温度的敏感性要比剪切作用的敏感性强，虽然升高温度使黏度降低．但过高的温度却会使聚合物降解，同时增加能量的消耗。
聚合物熔体的流变性ppt课件
呈现这种行为的物质有泥浆、牙膏和油脂等，涂 料特别需求具有这种塑性。
〔4〕非宾汉流体(了解〕
又称非塑性流体。同宾汉流体类似， 但超越 y 后，其流动不符合牛顿流 体，即流动曲线是非线性的。
2．粘度与时间有关的
〔1〕触变性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切 应力〕，流体的粘度随时间的添加 而降低，这种流体称为触变性流体 〔或摇溶液体〕。
方向大。
温度升高，分子热运动能量添加，液体中的空穴 也随着添加和膨胀，流动的阻力减小。液体的粘 度与温度 T 之间有如下关系。
AeE/RT
流动活化能，分子向穴跃迁时抑制 周围分子作用所需求的能量；
粘度
分子量增大， E 增大，每添加一个-CH2-， E 大约添加约 2.1 kJ/mol
实验现实
产生高分子大小的空穴是困难的；实际推算 1000个-CH2-的E=2.1MJ/mol；比-C-C-键 能(3.4kJ/mol)大。实测烃类同系物的E ， 当C原子数大于20-30时与分子量无关。不同分 子量高聚物的流动活化能与分子量无关。
〔2〕震凝性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切应 力〕，流体的粘度随时间的添加而添加， 这种流体称为震凝性流体〔或摇凝液 体〕，或反触变流体。
变稠与某种构造的构成有关。
三．高聚物粘性流动的特点
1．高分子的流动是经过链段的位移运动来完成的 小分子的流动，可用简单模型描画。 低分子液体中存在许多与分子尺寸相当的空穴。 外力存在使分子沿作用力方向跃迁的几率比其他
用 / 定义的粘度不是常数，引入表观粘 度的概念 a，定义：
a
a Kn1
(2) 零切粘度
低剪切速率下，非牛顿流体表现出 牛顿流体的特性，由 对 曲线的 起始斜率可得到牛顿粘度。
〔4〕非宾汉流体(了解〕
又称非塑性流体。同宾汉流体类似， 但超越 y 后，其流动不符合牛顿流 体，即流动曲线是非线性的。
2．粘度与时间有关的
〔1〕触变性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切 应力〕，流体的粘度随时间的添加 而降低，这种流体称为触变性流体 〔或摇溶液体〕。
方向大。
温度升高，分子热运动能量添加，液体中的空穴 也随着添加和膨胀，流动的阻力减小。液体的粘 度与温度 T 之间有如下关系。
AeE/RT
流动活化能，分子向穴跃迁时抑制 周围分子作用所需求的能量；
粘度
分子量增大， E 增大，每添加一个-CH2-， E 大约添加约 2.1 kJ/mol
实验现实
产生高分子大小的空穴是困难的；实际推算 1000个-CH2-的E=2.1MJ/mol；比-C-C-键 能(3.4kJ/mol)大。实测烃类同系物的E ， 当C原子数大于20-30时与分子量无关。不同分 子量高聚物的流动活化能与分子量无关。
〔2〕震凝性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切应 力〕，流体的粘度随时间的添加而添加， 这种流体称为震凝性流体〔或摇凝液 体〕，或反触变流体。
变稠与某种构造的构成有关。
三．高聚物粘性流动的特点
1．高分子的流动是经过链段的位移运动来完成的 小分子的流动，可用简单模型描画。 低分子液体中存在许多与分子尺寸相当的空穴。 外力存在使分子沿作用力方向跃迁的几率比其他
用 / 定义的粘度不是常数，引入表观粘 度的概念 a，定义：
a
a Kn1
(2) 零切粘度
低剪切速率下，非牛顿流体表现出 牛顿流体的特性，由 对 曲线的 起始斜率可得到牛顿粘度。
聚合物熔体的基本流变性能
2 聚合物熔体的基本流变性能
• 纯粘性系统的非牛顿流体可分为宾汉流体、膨胀 性流体和假塑性流体。
• 1）宾汉流体（曲线D） • 宾汉流体在流动前存在一个剪切屈服应力τy，
只有当剪切应力高于τy时，宾汉流体才开始流动。
•
• ηp称为宾汉粘度y p ( y )
2 聚合物熔体的基本流变性能
• 图2-2 非牛顿流动的流动曲线
流动。在此情况下，流体与外界可以进行热量传 递，但传入和输出热量应保持相等。 • 在塑料成型的实际条件下，高聚物熔体的流动 一般均呈现非等温状态。一方面是由于成型工艺 有要求将流程各区域控制在不同的温度下；另一 方面，是粘性流动过程中有生热和热效应，使流 体在流道径向和轴向存在一定的温度差。
2 聚合物熔体的基本流变性能
流体，非牛顿流体的流动称为非牛顿流动。
2 聚合物熔体的基本流变性能
根据τ与呈非线性关系的不同特征，可将非牛 顿型流体分为三大类：粘性系统、有时间依赖性 的系统和粘弹性系统。 • 粘性系统的流体，其切变速率只依赖于所施加的 切应力，即切变速率与切应力有函数关系，而与 切应力施加的时间长短无关。 • 有时间依赖性的系统，其特点是切变速率不仅依 赖于所施加切应力的大小，而且还依赖于切应力 施加的时间长短。这类非牛顿型流体有两种：触 变性流体和震凝性流体。
• 3）膨胀性流体（曲线C） • 它的流动曲线弯向剪切应力坐标轴，不
存在屈服应力。剪切速率增加比剪切应力 增大要慢一些。其特征是粘度随剪切速率 或剪切应力的增大而升高，故称为剪切增 稠的流体。
2 聚合物熔体的基本流变性能
• 2.1.5 非牛顿流体的幂律方程
• (1) 宾汉流体
•
•Hale Waihona Puke 当 y时， 0••
塑料加工原理 第一章-聚合物熔体的流动特性-2
图2-29 几种高分子熔体在200℃的粘度与剪切速率的关系 〇-HDPE；Δ-PS；●-PMMA；▽-LDPE；□-PP
材料的“剪切变稀”曲线，至少可以得到以下几方面的信息： 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 动指数反映了材料粘-切依赖性的大小。 流动曲线的差异归根结底反映了分子链结构及流动机理的 差别。一般讲，分子量较大的柔性分子链，在剪切流场中易 发生解缠结和取向，粘-切依赖性较大。长链分子在强剪切场 中还可能发生断裂，分子量下降，也导致粘度降低。
ln
x3
33 31 32
ln
n>1 n<1
13 12 21 22 11
x1 x2
23
n=1
ln
1.1 变形与流动
几种典型的流体： 假塑性流体 流动特征：流动很慢时，剪切粘度为常数，而随着 剪切速率的增加，剪切粘度反常减少。
图2-17 假塑性高分子液体的流动曲线 左图：剪切应力-剪切速率曲线； 右图：表观粘度-剪切速率曲线
多数橡胶材料的粘-切依赖性大于塑料
几种材料的表观粘度与切应力关系
粘-切依赖性与分子链结构密切相关，分子链柔性好的聚甲醛、聚乙烯等， 对切应力敏感性较大，而分子链柔性差的聚碳酸酯、尼龙，敏感性较差。
1.3.3 分子结构参数的影响
主要参数为超分子结构参数，即平均分子量、分子量分布、 长链支化度。 （1） 平均分子量的影响
相关方程－Carreau方程
特点：既能反映在高剪切速率下材料的假塑 性行为，又能反映低剪切速率下出现的牛顿 性行为。 流动方程：
聚合物流变学基础
第四节 聚合物熔体的拉伸粘度
一、拉伸流动
聚合物熔体在流动中受外力拉伸时产生的收敛流动 称为拉伸流动。 流动 在拉伸流动中，流体的速度梯度方向平 行于流动方向。 单轴拉伸 纤维纺丝 拉伸流动 双轴拉伸 薄膜吹塑
纺丝过程的剪切流动和拉伸流动
单轴拉伸流动
双轴拉伸流动
二、拉伸粘度
拉伸 粘度 表 示 流体 对 拉伸 流动的 阻 力 。 拉伸 粘 度ηe 可表示为： σ 拉伸应力
一、圆管中的压力流动
聚合物 在 毛细管流变 仪、熔融指数仪、 乌氏 粘度 计、圆形挤出口模中的流动都属于这一类流动。
vz
p1 ∆p=p1－p2 > 0 p2
图 中 R 为圆 管 内径 ， L为圆 管 长 度， ∆ p为圆管 两 端 的压力 降， vz为 z方向 的流速 。经过数 学 运算可求解 聚 合物熔体在圆管中的速度及其它流场参数。
3. 等温流动和非等温流动
等温流动：流体 各处温度均不随时间而变化的流动。 流动 非等温流动：流体 各处温度均随时间而变化的流动。 流动
4. 一维流动、二维流动和三维流动
一维流动：流体 内质点的速度仅在一个方向上变化。 流动 如：等截面圆形通道内的层状流动 二维流动：流体 内质点的速度在两个方向上变化。 流动 如：等截面矩形通道内的层状流动 三维流动：流体 内质点的速度在三个方向上变化。 流动 如：变截面(锥形)通道内的层状流动
第二节 聚合物熔体剪切粘度 的影响因素
一、剪切速率的影响
聚合物熔体的粘度随剪切速率的增加而下降。对剪 切速率敏感性大的塑料，可采用提 高剪切速率的方法 来 降低熔体粘度。
二、温度的影响
聚合物熔体的粘度随温度的升高而下 降 。对 粘流活 化能大的塑料，可采用提高温度的方法来提高成型加 工 的流动性。
本章内容 聚合物熔体剪切粘度的影响因素 聚合物熔体的压力流动
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3.5 添加剂的影响
①增塑剂 增塑剂能降低熔体的粘度，提高成型加工的流动性。 ②润滑剂 润滑剂通过降低熔体之间以及熔体与设备之间的摩擦与 粘附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量。 ③填充剂 填充剂能够降低聚合物熔体的加工流动性。影响程度与 填充剂的类型、粒径、用量和表面性质有关。
5.3.1 剪切速率的影响
聚合物熔体的粘度随剪切速率的增加而下降。 对于剪切敏感性强的塑料，可提高剪切速率来降低熔体 粘度，有利于注射充模。 例：聚合物熔体粘度对剪切速率的敏感性 敏感性较高：LDPE、PP、PS、ABS、PMMA、POM 敏感性一般：HDPE、PSF、PBT、PA1010 敏感性微弱：PA6、PA66、PC
5.2.5 无管虹吸与无管侧吸
将管子插入盛有聚合物流体的容器，并将流体吸入管中 ；在流动过程中，将管子从容器中缓慢提起，当管子离开 液面后仍有液体流入管子。该现象称为无管虹吸效应。 将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若将烧杯的位置部分 回复，使杯中平衡液面低于烧杯边缘，然而高分子液体仍 能沿壁爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流 光为止。该现象称为无管侧吸效应。
第五章
第五章
本章内容
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
聚合物流变学基础
聚合物熔体的流动 聚合物流体的奇异流变现象 聚合物熔体剪切粘度的影响因素 聚合物流变性能测定 聚合物熔体的压力流动
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
聚合物成型加工技术几乎都是依靠外力作用下聚合物的 流动与变形，来实现从聚合物材料到制品的转变。 聚合物流变学正是研究聚合物熔体和溶液流动及变形规 律的科学。
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3.5 添加剂的影响
①增塑剂 增塑剂能降低熔体的粘度，提高成型加工的流动性。 ②润滑剂 润滑剂通过降低熔体之间以及熔体与设备之间的摩擦与 粘附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量。 ③填充剂 填充剂能够降低聚合物熔体的加工流动性。影响程度与 填充剂的类型、粒径、用量和表面性质有关。
5.3.1 剪切速率的影响
聚合物熔体的粘度随剪切速率的增加而下降。 对于剪切敏感性强的塑料，可提高剪切速率来降低熔体 粘度，有利于注射充模。 例：聚合物熔体粘度对剪切速率的敏感性 敏感性较高：LDPE、PP、PS、ABS、PMMA、POM 敏感性一般：HDPE、PSF、PBT、PA1010 敏感性微弱：PA6、PA66、PC
5.2.5 无管虹吸与无管侧吸
将管子插入盛有聚合物流体的容器，并将流体吸入管中 ；在流动过程中，将管子从容器中缓慢提起，当管子离开 液面后仍有液体流入管子。该现象称为无管虹吸效应。 将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若将烧杯的位置部分 回复，使杯中平衡液面低于烧杯边缘，然而高分子液体仍 能沿壁爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流 光为止。该现象称为无管侧吸效应。
第五章
第五章
本章内容
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
聚合物流变学基础
聚合物熔体的流动 聚合物流体的奇异流变现象 聚合物熔体剪切粘度的影响因素 聚合物流变性能测定 聚合物熔体的压力流动
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
聚合物成型加工技术几乎都是依靠外力作用下聚合物的 流动与变形，来实现从聚合物材料到制品的转变。 聚合物流变学正是研究聚合物熔体和溶液流动及变形规 律的科学。
(完整版)影响高聚物熔体粘度的因素PPT文档
长支链：粘度比直链分子的粘度高。原因：支链的长 度超过了可以产生缠结的临界分子量2～4倍的以后，主 链及支链都能形成缠结结构，故粘度大大增加。如当支 链的分子量大于临界分子量的2～4倍，则粘度升为线性 的100倍以上。
（二）外因因素（加工工艺）
1. 温度的影响
随温度的升高，链段活动能力增加 ，分子间距离增加，分子间作用力减小 ，流动阻力减小，粘度逐渐降低。
MC为临界分子量，指高分子发生缠 结的分子量
b.较大切变速率时
增大切变速率，链的缠结结构破坏程度增加。 故随切变速率的增大，分子量对体系粘度的影 响减小。当切变速率非常大时，几乎难以形成 缠结结构， 平行于临界分子量以前的直线 。
lg~lgMw
注意: 加工成型角度考虑，降低分子量可以增加流动性，有利于加工。聚合物熔体流动性好,易 与配合剂混合均匀,制品表面光洁,但是 M↓ 会影响机械性能。
聚合物的粘度大，原因是分子
M大
量越大，缠结效应越明显，流
动阻力越大。
M小
分子量越高，缠结越多，随 切变速度的增大解缠结越严重
。故分子量大的聚合物的粘度 受切变速率影响较大。
切变速度小时，分子量分布宽的粘度较大；切 变速率大时，分子量分布窄的粘度较大
分子量分布宽的试样对切变速率敏感性较大 原因：当切变速率较小时，分布宽者特 kcal/mol ， PVC = 35~40 kcal/mol
PC = 26~30 kcal/mol
因此对于柔性高分子在加工过程中，为了提高其流动性，
除了提高温度外，还应改变剪切速率、压力等因素，包括橡
胶很少采用注射成型和热挤出成型，而采用辊压和冷挤出成 型（ 对 敏感，此外高温容易发生早期交联）。
挤出成型要求分子量较高；
（二）外因因素（加工工艺）
1. 温度的影响
随温度的升高，链段活动能力增加 ，分子间距离增加，分子间作用力减小 ，流动阻力减小，粘度逐渐降低。
MC为临界分子量，指高分子发生缠 结的分子量
b.较大切变速率时
增大切变速率，链的缠结结构破坏程度增加。 故随切变速率的增大，分子量对体系粘度的影 响减小。当切变速率非常大时，几乎难以形成 缠结结构， 平行于临界分子量以前的直线 。
lg~lgMw
注意: 加工成型角度考虑，降低分子量可以增加流动性，有利于加工。聚合物熔体流动性好,易 与配合剂混合均匀,制品表面光洁,但是 M↓ 会影响机械性能。
聚合物的粘度大，原因是分子
M大
量越大，缠结效应越明显，流
动阻力越大。
M小
分子量越高，缠结越多，随 切变速度的增大解缠结越严重
。故分子量大的聚合物的粘度 受切变速率影响较大。
切变速度小时，分子量分布宽的粘度较大；切 变速率大时，分子量分布窄的粘度较大
分子量分布宽的试样对切变速率敏感性较大 原因：当切变速率较小时，分布宽者特 kcal/mol ， PVC = 35~40 kcal/mol
PC = 26~30 kcal/mol
因此对于柔性高分子在加工过程中，为了提高其流动性，
除了提高温度外，还应改变剪切速率、压力等因素，包括橡
胶很少采用注射成型和热挤出成型，而采用辊压和冷挤出成 型（ 对 敏感，此外高温容易发生早期交联）。
挤出成型要求分子量较高；
- 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)。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.2.3 Barus效应
当聚合物熔体从口模挤出时，挤出物尺寸大于口模尺寸 、截面形状也发生变化。聚合物熔体具有的这种记忆特性 被称为 Barus 效应，也称之为挤出胀大、出口膨胀或离模 膨胀现象。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.1.2 非牛顿型流动
剪切流动是聚合物加工过程中最简单的流动形式，按剪 切应力与剪切速率的关系，可以分为牛顿型流动和非牛顿 型流动。 (1)牛顿型流动 流体粘度不随剪切速率或剪切应力而变化的粘性流体称 为牛顿流体。其流变方程为：
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
聚合物从合成到最终材料与制品之间要经过一个复杂的 工艺过程。这个过程包括了聚合物共混、复合、化学改性 与成型。 共混、复合 与改性 成型
聚合物
高分子材料
制品
聚合物加工
流变学是研究材料的形变与流动的一门学问。
高分子材料成型加工
5.3.1 剪切速率的影响
聚合物熔体的粘度随剪切速率的增加而下降。 对于剪切敏感性强的塑料，可提高剪切速率来降低熔体 粘度，有利于注射充模。 例：聚合物熔体粘度对剪切速率的敏感性 敏感性较高：LDPE、PP、PS、ABS、PMMA、POM 敏感性一般：HDPE、PSF、PBT、PA1010 敏感性微弱：PA6、PA66、PC
粘度
剪切应力
剪切速率
牛顿流体是纯粘性流体，粘度与温度相关。 低分子化合物的气体、液体或溶液属于牛顿流体。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
(2)非牛顿型流动 流体粘度随剪切速率或剪切应力而变化的粘性流体称为 非牛顿流体。包括宾汉流体、塑性流体、假塑性流体和膨 胀性流体。
5.2.5 无管虹吸与无管侧吸
将管子插入盛有聚合物流体的容器，并将流体吸入管中 ；在流动过程中，将管子从容器中缓慢提起，当管子离开 液面后仍有液体流入管子。该现象称为无管虹吸效应。 将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若将烧杯的位置部分 回复，使杯中平衡液面低于烧杯边缘，然而高分子液体仍 能沿壁爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流 光为止。该现象称为无管侧吸效应。
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3.4 分子结构的影响
①分子量 聚合物的分子量越大，熔体的粘度越大。 ②分子量分布 分子量分布宽的聚合物熔体对剪切速率的敏感性大于分 子量分布窄的聚合物熔体。 ③分子链支化 在分子量相同的情况下，短支链聚合物的粘度低于直链 聚合物；粘度随支链长度增加而上升；支链越多、越短而 粘度越低。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3.2 温度的影响
聚合物熔体的粘度随温度的升高而下降。 聚合物熔体的粘流活化能越大，其粘度对温度越敏感； 当温度升高时，其粘度下降越明显。 例：聚合物熔体粘度对粘流活化能的敏感性 敏感性微弱：PE、POM 敏感性较高：PC、PMMA
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.2.1 高粘度与剪切变稀行为
剪切变稀效应是聚合物流体最典型的非牛顿流动性质。 在高分子材料成型加工时，随着成型工艺方法的变化以及 剪切应力或剪切速率的不同，物料粘度往往会发生1～3个 数量级的大幅度变化。
N P N P
Viscosity
Hale Waihona Puke (3)等温流动和非等温流动
等温流动：流体各处温度不随时间而变化。 非等温流动：流体各处温度随时间而变化。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
(4)拉伸流动和剪切流动 拉伸流动：流体质点速度沿着流动方向发生变化。 例：PP的熔融纺丝(单轴拉伸) PE的薄膜吹塑(双轴拉伸) 剪切流动：流体质点速度垂直于流动方向而变化。 拖曳流动 由边界运动而产生 例：混炼胶的擦胶 压力流动 由外力作用而产生 例： PP管材的挤出成型
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3 聚合物熔体剪切粘度的影响因素
大多数聚合物熔体属于假塑性流体，其剪切粘度受到各 种因素的影响。 ①剪切速率 ②熔体温度 ③熔体压力 ④分子结构 ⑤添加剂
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
①宾汉流体：流体静止时内部有凝胶性结构，使得流动前 存在剪切屈服应力。其流变方程为：
屈服应力
y p
( y )
聚合物浓溶液和凝胶性糊塑料属于宾哈流体。 ②假塑性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增大而降低 的剪切变稀流体。其流变方程为：
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
例：PET瓶胚拉伸吹塑过程模拟
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.1.1 流动类型
根据成型条件下的流速、外力作用形式、流道几何形状 和热量传递情况，聚合物熔体可表现出不同的流动类型。 (1)层流和湍流
5.2.4 不稳定流动与熔体破裂
聚合物熔体从口模挤出时，当挤出速率超过某一临界剪 切速率后，随着挤出速率的增大，挤出物可能先后出现波 浪形、鲨鱼皮形、竹节形和螺旋形畸变，最后导致完全无 规则的挤出物断裂，称之为熔体破裂现象。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
P N P
Shear Rate N 牛顿流体 P 聚合物流体
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.2.2 Weissenberg效应
两烧杯中分别盛有低分子液体和高分子液体，当插入其 中的圆棒旋转时，低分子液体的液面形成凹形，而高分子 液体的液面呈现凸形。此现象被称为Weissenberg效应，也 被称为爬杆或包轴现象。
POLYMER MATERIALS PROCESSING
在常见的聚合物成型条件下，剪切速率处在10～104s-1范 围内，大多数聚合物熔体呈现假塑性的流变行为。
0
Ⅰ Ⅱ Ⅲ 低剪切速率 第一牛顿区
高剪切速率 第二牛顿区
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
0
5.2 聚合物流体的奇异流变现象
聚合物具有多层次的内部结构： ①聚合物形态结构 大分子链变形与取向、缠结密度、结晶形态等 ②聚合物共混体系 不相容体系、部分相容体系、完全相容体系 ③聚合物复合体系 粒子的形状、大小、分布与取向 当聚合物流体在外力或外力矩作用下，能够表现出既非 胡克弹性体，又非牛顿粘性流体的奇异流变性质。
非牛顿指数(n<1) 表观粘度
K a
n
K、n和a与温度有关
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
橡胶和大部分塑料的熔体和溶液属于假塑性流体。
③膨胀性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增大而升高 的剪切增稠流体。其流变方程为：
非牛顿指数(n>1) 表观粘度
第五章
第五章
本章内容
5.1
5.2 5.3 5.4 5.5
聚合物流变学基础
聚合物熔体的流动 聚合物流体的奇异流变现象 聚合物熔体剪切粘度的影响因素 聚合物流变性能测定 聚合物熔体的压力流动
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
聚合物成型加工技术几乎都是依靠外力作用下聚合物的 流动与变形，来实现从聚合物材料到制品的转变。 聚合物流变学正是研究聚合物熔体和溶液流动及变形规 律的科学。
n K a
K、n和a与温度有关
高固含量悬浮液、高浓度聚合物分散体、高填充塑料熔 体属于膨胀性流体。 例：①剪切增稠流体防刺服 ②PVC增塑糊
高速剪切使悬浮液中的颗粒产生碰 撞，无法保持颗粒表面的充分润滑。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.3.3 压力的影响
聚合物熔体的粘度随压力的升高而增大。 压力增加p与温度下降T对熔体粘度的影响是等效的。 对于一般的聚合物熔体，压力和温度对粘度影响的等效 换算因子(T/p)为0.3～0.9℃/MPa。
高分子材料成型加工
雷诺准数Re：Re≤2300为层流 2300＜Re＜4000为过渡区 Re≥4000为湍流
聚合物成型时，高粘度熔体呈现层流状态，Re 1。 熔体经小浇口注射进入模腔，会出现弹性湍流。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
(2)稳定流动与不稳定流动 稳定流动：流动状况及其影响因素不随时间而变化。 不稳定流动：流动状况及其影响因素随时间而变化。
高分子材料成型加工
POLYMER MATERIALS PROCESSING
5.4.1 毛细管流变仪
毛细管流变仪具有较高的剪切速率范围，能够涵盖挤出 、注射等成型工艺。在测试过程中，还可观察到熔体的出 口膨胀以及高剪切速率下的熔体破裂现象。 恒速率型毛细管流变仪 通过测量流量、压力和温 度之间关系，得出聚合物
5.2.7 触变性和震凝性