第三部分 第六章 流变学测量学
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
用入口压力降表征硬聚氯乙烯制品的凝胶化程度
零长毛细管流变仪的结构完全同普通毛细管流变仪，只是其配用
的毛细管的长径比很小，—般为L/D＝0.4。这使得物料通过零长毛细
管的流动相当于只是通过毛细管入口区的流动，其压力降几乎全部消 耗在入口压力降上。 入口压力降的大小主要反映了物料流经入口区时储存弹性形变能 的大小，反映了物料弹性的高低。 凡凝胶化程度高的熔体，其弹性性能好，入口压力降就大，反之
ln R
lnR
lnD
ln
非牛顿流体流动曲线
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
计算方法： ①首先把流经毛细管的任何流体均视为牛顿型流体，测量 其体积流量Q或平均流速。求出管壁处的表现剪切速率N； ② 然后根据具体物料的性质（R与N之间的本构依赖关系 或测量得到的 R ~ N 关系曲线），求出m值；
第五章 流变测量学
根据物料的形变历史，流变测量实验可分为：
稳态流变实验 实验中材料内部的剪切速率场、压力场和温度场恒为常数， 不随时间变化。
动态流变实验
实验时材料内部的应力和应变场均发生交替变化，一般要求 振幅要小，变化以正弦规律进行。
瞬态流变实验
实验时材料内部的应力或应变发生阶跃变化，即相当于一个 突然的起始流动或终止流动。此类实验中材料的多种力学性质得
③由Rabinowich-Mooney公式求出该物料流经毛细管时在管
壁处的真实剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
采用毛细管流变仪测量物料粘度的步骤 ： ①通过测量完全发展流动区上的压力降计算管壁处物料所 受的剪切应力R ② 通过测量体积流量或平均流速计算管壁处的真实剪切
第六章 流变测量学
第一节毛细管流变仪的测量原理和方法
1 毛细管流变仪的基本构造 2 完全发展区内的流场分析 3 入口区附近的流场分析，Bagley修正 4 出口区的流动情形
第二节转矩流变仪的原理和用途
1 转矩流变仪的组成 2 混炼器在塑料加工中的应用 3 挤出机在表征和评价塑料加工性能中的应用 4 转矩流变仪在塑料加工中的其他应用
速率 R ，
③ 由此计算物料的粘度 a R R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
对于牛顿流体：
4Q m 1, R D 3 R
K n
3n 1 R N 4n
实的粘弹性变化规律及与材料结构参数间的内在联系，
由此检验本构方程的优劣，指导本构方程理论的发展。
第五章 流变测量学
流变测量学首先必须担当起如下两项任务
理论上，要建立起各种边界条件下的可测量的量(如压力、扭
矩、转速、频率、线速度、流量、温度等)与描写材料流变性质
但不能直接测量的物理量(如应力、应变、应变速率、粘度、模 量、法向应力差系数等)问的恰当联系，分析各种流变测量实验
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
r (p) rz 2l
r P 2l R 4 P
8Ql
R
4Q R 3
牛顿流体
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
真实
3m 1 N 4m
Rabinowich-Mooney公式
用于计算非牛顿型流体流经毛细管时，在毛细管管 壁处物料承受的真实剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
• 定义一个新的物理量D：
4Q D 3 R
。 • 对牛顿流体：D＝R(△p)/2l，即在管壁处的剪切速率 R
• 对非牛顿流体，D具有剪切速率的意义，但不是真实的剪切 速率，我们称它为管壁处的表观剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
r 2l
P
R R 2l
r R
P
r2 R2
R
R
R
2 2
d
dr
R Q 3 R
3
R
0
2d
R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式R源自3 2 Q 3 d R 0
其中根据测量原理不同又可分为恒速型（测压力）和恒压型
（测流速）两种。通常的高压毛细管流变仪多为恒速型；塑料工 业中常用的熔融指数仪属恒压型毛细管流变仪的一种。
转子型流变仪
根据转子几何构造的不同又分为锥－板型、平行板型、同轴 圆筒型等。橡胶工业中常用的门尼粘度计可归为一种改造的转子
型流变仪。
第五章 流变测量学
R
0
3 D R 2d 4
dD 4R 3D d R R R
3 1 d ln D R D 4 4 d ln R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
Q/R2
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
毛细管内幂律流体的速度分布不同于牛顿流体
当n<1，流体呈假塑性时，管 内流体的流速分布曲面比牛 顿型流体的抛物面扁平些， 呈柱塞状。 当n>1，流体呈胀流性时，流 速分布曲面呈突前形。
第三节 锥板流变仪
第五章 流变测量学
流变测量的目的 物料的流变学表征
这是最基本的流变测量任务。通过测量掌握物料的
流变性质与体系的组分、结构以及测试条件间的关系， 为材料设计、配方设计、工艺设计提供基础数据，控制 和达到期望的加工流动性和主要物理力学性能。
第五章 流变测量学
流变测量的目的 工程的流变学研究和设计
缺点：
切变速率不均一，而是沿毛细管的径向发生变化；
需要做一系列校正。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
1 毛细管流变仪的基本构造
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
物料从直径宽大的料筒，经挤压通过有一定入口角的入口区 进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生巨大的变化。 入口附近有明显的流线收敛行为， 它将影响到物料刚刚进入毛细管 区的流动，使得流入毛细管一段 距离后，才能发展成稳定的流线 平行的层流。在出口附近， 因为 管壁约束突然消失，弹性液体表 现出挤出胀大，流线又随之发生 变化。因此物料在整根毛细管中 的流动可分为三个区：入口区、 完全发展流动区、出口区
常见流变仪的类型
转矩流变仪 实际上是一种组合式转矩测量仪，它带有一种小型密炼和小 型螺杆挤出机及各种口模。优点在于其测量过程与实际加工过程 相仿，测量结果更具工程意义。常见的有Brabender公司和Haake 公司生产的塑性计。 振荡型流变仪 用于测量小振幅下的动态力学件能，其结构同转子型流变仪。 只是通过改造控制系统，使其转子不是沿一个方向旋转，而是作 小振幅的正弦振荡。所谓的weissenberg流变仪属于此类。
借助于流变测量研究聚合反应工程、高分子加工工
程及加工设备与模具设计制造中的流场及温度场分布，
确定工艺参数，研究极限流动条件及其与工艺过程的关
系，为实现工程最优化，为完成设备与模具CAD设计提 供可靠的定量依据。
第五章 流变测量学
流变测量的目的 检验和指导流变本构方程理论的发展 这是流变测量的最高级任务。这种测量必须是科学 的，经得起验证的。通过科学的流变测量，获得材料真
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
入口压力损失
p pent pcap pexit
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
入口压力损失
由于物料在入口区经 历了强烈的拉伸流动和剪
切流动，以至于储存和损
耗了部分能量的结果。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
Bagley的修正
选择三根长径比不同的毛
细管，在同一体积流量下， 测量压差与长径比L/D的关系
并作图。延长图中直线交p
轴，其纵向截距就等于入口 压力降pent 。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
R
4Q 4 D 3 3 R R
对积分上限R求导
R
0
2d
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
用入口压力降表征硬聚氯乙烯制品的凝胶化程度
在硬质聚氯乙烯制品加工中，聚氯乙烯的塑化程度一直是质量控
制的关键。聚氯乙烯中存在的微晶可能同时含有几根分子链、形成一
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06第六章 流变学基础
种性质称为触变性。
18
触变性流体
• 触变流动的流动曲线特点：剪切应力的
下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表 现为环状滞后曲线。
• 产生触变的机制：随着剪切应力的增加，
粒子之间形成的结构受到了破坏，粘性减小； 撤掉剪切应力时，被拆散的粒子靠布朗运动移 动到一定的几何位置，才能恢复原来的结构， 即粒子之间结合构造的恢复需要一段时间，从 而呈现出对时间的依赖，表现出触变性。
F B
dv dx
A
6
三、黏弹性
黏弹性(viscoelasticity):是指物质具有黏性与弹 性的双重特性，具有这种性质的物体称为黏弹 体，如软膏剂或凝胶剂等半固体制剂。
7
第二节 流体的基本性质
一、牛顿流体
1.牛顿公式：理想液体服从牛顿黏性定律——流 体内部的剪切应力与垂直于流体运动方向的速度
梯度D成正比，即S=F/A=D
A为面积；F为A面积上施加的力；为黏度或黏度系数[Pa·s, 1Pa·s=10P(泊)]， 20℃水的粘度约为1厘泊。
8
二、非牛顿流体 塑性流体 假塑性流体 胀性流体 触变性
9
塑性流体 • 塑性流动(plastic flow) ：当外加剪切
应力较小时，物体不流动，只发生弹 性变形，当剪切应力超过某一限度时， 物体发生永久变形，表现为可塑性。
• 屈服切应力与制剂流动性有关，选择有适 当屈服切应力的基质，保证其具有合适的 流动性（既不容易从容器中流出，也要易 于在皮肤上铺展）
33
二、流变性质对不同制剂制备方法的影响 栓剂制备中的应用
• 栓剂在直肠温度下的流变学性质会影响栓 剂中药物的释放和生物吸收。
34
三、流变性质对生产工艺的影响
流变测量学
内容介绍
流变学知识回顾 流变测量学 流变测量学在高分子材料领域的应用
流变学知识回顾
研究材料的流动与变形
材料的范围
弹 性 （象固体）
粘弹性
粘 性 （象液体）
变形方式
拉伸 tension
弯曲 Bending 剪切 Shear
应力 / 应变关系
Shear Deformation
Δx A: Area F: Force V: Velocity y A: Area = W * t
流变测量学
扭矩传感器 拖杯马达 施加应力 （扭矩） 光学解码器 （测量应变） 样品 驱动器
测量样品响应 扭矩与应力成 比例 样品
施加应变
典型控制应力型流变仪
Drag Cup Motor - Applies Stress
Position Encoder - Measures Strain
Air Bearing - Supports Measuring System
流变测量学
流变测量方法分哪几种类型？ （4）毛细管型流变仪、旋转型流变仪与混炼型流变仪 毛细管型流变仪：狭缝口模型、圆形毛细管型 旋转型流变仪： 同轴圆筒型 平行平板型 锥—板型 混炼型流变仪： 挤出机型和小型密炼机型
平行平板夹具
• Variable Gap – 0.2 to 2.5 mm recommended (depends on viscosity of samples) • Disposable Plate Fixtures – For thermosetting materials • Serrated Plate Fixtures – For samples prone to slipping
固体扭转夹具
流变学知识回顾 流变测量学 流变测量学在高分子材料领域的应用
流变学知识回顾
研究材料的流动与变形
材料的范围
弹 性 （象固体）
粘弹性
粘 性 （象液体）
变形方式
拉伸 tension
弯曲 Bending 剪切 Shear
应力 / 应变关系
Shear Deformation
Δx A: Area F: Force V: Velocity y A: Area = W * t
流变测量学
扭矩传感器 拖杯马达 施加应力 （扭矩） 光学解码器 （测量应变） 样品 驱动器
测量样品响应 扭矩与应力成 比例 样品
施加应变
典型控制应力型流变仪
Drag Cup Motor - Applies Stress
Position Encoder - Measures Strain
Air Bearing - Supports Measuring System
流变测量学
流变测量方法分哪几种类型？ （4）毛细管型流变仪、旋转型流变仪与混炼型流变仪 毛细管型流变仪：狭缝口模型、圆形毛细管型 旋转型流变仪： 同轴圆筒型 平行平板型 锥—板型 混炼型流变仪： 挤出机型和小型密炼机型
平行平板夹具
• Variable Gap – 0.2 to 2.5 mm recommended (depends on viscosity of samples) • Disposable Plate Fixtures – For thermosetting materials • Serrated Plate Fixtures – For samples prone to slipping
固体扭转夹具
流变学测量方法简介doc
1.2 剪切应力与剪切速度
观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水 流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为由若干互相平行移动的液层所组成的， 液层之间没有物质交换，这种流动方式叫层流，如图 1。由于各层的速度不同，便形成速度梯 度 dv/dh，或称剪切速率。流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动，使各液层间产生相对 运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力 （Shear Stress），单位为 N·m-2，即 Pa，以 τ 表示。剪切速度（Shear Rate），单位为 s-1， 以表示。剪切速率与剪切应力是表征体系流变性质的两个基本参数。
奥地利安东帕有限公司 (Anton Paar GmbH)
流变学测量方法简介
一. 流变学基本概念
1.1 流变学研究的内容
流 变 学 —Rheology ， 来 源 于 希 腊 的 Rheos=Sream （ 流 动 ） 词 语 ， 是 Bingham 和 Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的流 动和变形的一门科学。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（ viscosity ）有 关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。变形是固体的主要性质之一，对某一物体外加 压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存 在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。此时在单位面积上存在的内力称为内应力 （ stress ）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性 （elasticity）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑 形变形（plastic deformation）。 实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，我们称之为粘弹性，具有这种特性 的物质我们称之为粘弹性物质。
最新流变学前三章
变形可逆并完全恢复
流变学的非线性弹性理论来描述此类橡胶弹性理论
2.取向态 在力场和温度场等作用下，分子链将沿着外场方 向进行排列，聚合物的取向现象包括分子量、链 段、晶片和晶粒等取向
基本特征： 一维或二维有序结晶 高分子材料的力学性能、热性能和光学性能 等呈现各向异性
3.液晶态 ：介于有序晶态和无序的液态之间的一种中间状
bc
体积的分数变化
△V/V＝[(1＋)(1－)2-1] 由于<<1，<<1，故
△V/V≈－2
拉伸时，>1，<1，>0，>0， 压缩时，<1，>1，<0，<0，即长度缩小，截面增大
2.2.3 简单剪切和简单剪切流动 （Simple shear and simple shearing flow）
＝w/l=tan 称为剪切应变（Shear strain） 如应变很小，即 <<1，可近似地认为＝
分散体
剪切速率较高时，假塑性非牛顿流体
在剪切速率不断提高时，膨胀性的非 牛顿流体 三维结构的凝胶体 ，宾汉流体
聚合物形态的转变 ——聚合物形态的热Байду номын сангаас变
发生相交
线弹性体
线性粘性流体
发生相交
图1.1比容－温度曲线 (a)低分子材料 (b)结晶性高聚物
并非每种无 定形高聚物都 有这三种状态
图1.2 无定形聚合物的变形-温度曲线 （恒定外力作用下）
(1)多样性
分子结构有线性结构、交联结构、网状结构等
分子链可以呈刚性或柔性
流变行为多种多样，固体高聚物的变形可呈 现线性弹性、橡胶弹性及粘弹性。聚合物溶液 和熔体的流动则可呈现线性粘性、非线性粘性 、塑性、触变性等
第三部分 第六章 流变学测量学
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
运动方程及剪切应力的计算
r (p) rz 2l
在管壁上的剪切应力
R rz ,max
R(p) 2l
l
rz
在管轴上的剪切应力
rz 0
r
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
R
4Q 4 D 3 3 R R
对积分上限R求导
R
0
2d
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
其中根据测量原理不同又可分为恒速型（测压力）和恒压型
（测流速）两种。通常的高压毛细管流变仪多为恒速型；塑料工 业中常用的熔融指数仪属恒压型毛细管流变仪的一种。
转子型流变仪
根据转子几何构造的不同又分为锥－板型、平行板型、同轴 圆筒型等。橡胶工业中常用的门尼粘度计可归为一种改造的转子
型流变Байду номын сангаас。
第五章 流变测量学
r 2l
P
R R 2l
r R
P
r2 R2
R
R
R
2 2
d
dr
R Q 3 R
3
R
0
2d
R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
流变测量学
很低， ηe ~t 曲线可达到一平衡值，ηe=3η0，称为 而表现出不同的行为。如果拉伸速率 ε 的作用下，当拉伸粘度增长一定时间后， ηe ~t 曲线开 Trouton 粘度。在稍高的拉伸速率 ε
始往上翘，并常在还没有达到平衡值时由于熔融单丝断裂而中断实验。通常，把这种拉伸 粘度突然增大的现象称为应变硬化。在拉伸流动中，很多聚合物表现出这种应变硬化行为。 而且，这种应变硬化行为与聚合物分子量分布、支化程度等的大分子结构相关。因此有可 能通过测定瞬态拉伸粘度的实验来表征聚合物大分子结构。 3.1.4.2 双轴拉伸流动 设聚合物在 x、y 两个方向同时受到拉伸，ux 与 uy 为双轴拉伸方向的流速，uz 为第三方 向的流速，则
σ(t ) = σ 0 sin(ωt + δ )
0 为剪切速率的振幅，δ是相位角。由于相位差的存在，模量与粘度都是复数，分别称 式中 γ
为复数模量 G*与复数粘度η*。
G * = G ′ + iG ′′
G * = iωη *
(3-11) (3-12) (3-13) (3-14)
η∗ = η′ − iη′′
(t ) = γ 0 [1 − h( t )] γ
(3-23)
0 是流动停止前的剪切速率，h(t)是单位阶跃函数。应力松弛时瞬态粘度与法向应力系 式中 γ
数定义如下：
0) = η− (t, γ
− 0 ) = (t, γ ψ1
σ yx (t ) 0 γ
(3-24)
σ xx (t ) − σ yy (t ) 2 0 γ σ yy (t ) − σ zz (t ) 2 0 γ
η=
第一法向应力系数
σ yx yx γ
N1 2 γ yx
流变学 考试复习
《化工流变学概论》复习参考题型选择填空简单综合仅供参考第一章：绪论1.何谓流变学（Rheology）?流变学是研究和揭示物质或材料流动和变形规律的科学。
是化学、力学和工程学交叉的交叉学科。
2.流变学分支和方法论地位流变学分支:高分子流变学、石油工程流变学、食品流变学、悬浮液流变学、地质流变学、泥石流流变学、固体流变学（金属加工流变学、岩石流变学）、非牛顿流体流变学、分形体流变学、生物流变学和血液流变学，光、电、磁流变学、日用化工流变学、表面活性剂流变学、界面流变学（至少记住5个P1）方法论地位:流变学本身即体现出朴素的辩证观点，具有方法论作用，可与多种学科交叉，形成新的学科分支。
？3.流变学主要研究对象：非牛顿流体的流变特性、粘弹性材料的流变特性、流变测量技术、流变状态方程，即本构方程（揭示物质受力和变形的本质规律。
例：牛顿粘性定律、胡克定律）。
4.流变学与化学工程的关系/流变学与日用化工（轻化工？）的关系化学工程：单体聚合反应、高分子加工、乳化过程与流体的流变行为密切相关。
要研究其传递和反应过程、设计反应器、工程放大，必须对流变特性有明确认识。
流变学提供材料的流变状态方程，用于解决非牛顿流体的动量传递问题，并进一步为非牛顿流体的热质传递和反应工程提供基础。
流变学是非牛顿流体化学工程的重要理论基础之一。
日用化工：日用化学品（膏霜、乳液）为多组分、多相态的非牛顿流体。
日用化工过程为非牛顿流体的制造过程。
1）乳液、泡沫的稳定性：包括热稳定性、耐剪切稳定性、储存稳定性等（表面粘度、表面弹性）2）产品的涂布性：均匀性和涂布难易性能3）挤出能力，屈服应力4）增稠性：各种流变性调节剂（粘多糖、聚丙烯酸等）5）流平性指甲油等6）触变性膏霜、牙膏7）流动控制能力在洗衣粉料浆中加入适量甲苯磺酸钠，调节降低粘度，使之易于喷粉成型。
5.非牛顿流体的特殊性质：剪切变稀、剪切增稠、屈服应力、触变性、粘弹性、爬竿效应、湍流减阻效应（Toms效应）、无管虹吸现象、挤出胀大6.非牛顿流体的触变性：若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而减小，并最终达到平衡粘度，该特性称为正触变性，简称触变性。
流变学基础
图8 与流变时间相关的非牛顿流体的流变图
第二节 基本概念
引入：
变形 流动 应力~应变 应力~应变速率
定义应力、应 变、应变速率
注意：
实际材料发生的变形和受力情况是复杂的，要找 出其应力~应变之间的关系十分困难。因此，在流变学 中采用一些理想化的实验——简单实验。
简单实验
（Simple experiment）
高分子液体的奇异流变现象
其力学响应十分复杂，而且这些响应还与 体系内外诸多因素相关，主要的因素包括高分 子材料的结构、形态、组分；环境温度、压力 及外部作用力的性质(剪切力或拉伸力)、大小 及作用速率等。下面简单介绍几种著名的高分 子特征流变现象。
高粘度与“剪切变稀”行为
1、现象：例：牛顿液体（N）：水、甘
图6无管虹吸效应
2、原因：与高分子液体的弹性行为有关，这种
液体的弹性性质使之容易产生拉伸流动，而且 拉伸液体的自由表面相当稳定。实验表明，高 分子浓溶液和熔体都具有这种性质，因而能够 产生稳定的连续拉伸形变，具有良好的纺丝和 成膜能力。
孔压误差和弯流压差
1、现象：测量流体内压力时，若压力
传感器端面安装得低于流道壁面，形成 凹槽，则测得的高分子液体的内压力将 低于压力传感器端面与流道壁面相平时 测得的压力，如图7中有Ph<P，这种压力 测量误差称孔压误差。
第一部分 流变学基础
第一章 流变学的基本概念
第一节高分子液体的奇异流变现象 第二节 基本概念 1 应变 2 应力 3 粘度与牛顿定律
第一章 流变学的基本概念
第一节 高分子液体的奇异流变现象
引入：高分子液体(熔体和溶液)在外力或 外力矩作用下，表现出既非胡克弹性体，又非 牛顿粘流体的奇异流变性质。它们既能流动， 又有形变，既表现出反常的粘性行为，又表现 出有趣的弹性行为。
高分子材料流变学8注射成型过程的流变分析
残余应力———高聚物熔体经冷却后仍保留在
其中的应力(制品本身的静压与
大气压之间的差值)。
3．残余应力
注塑制品中的残余应力可分为三类： ①伴随骤冷淬火而产生的骤冷应力； ②由于收缩不匀产生的构型体积应变； ③在分子取向中冻结了的应力，“冻结分子取向” 。
取向——在外力场作用下，高分子链沿外力场 方向作某种方式和某种程度的平行排 列。
p
2 K Q nR 1n
Z 12n ef f
1 n
1
n
Z
2 K Q nR 1n
1
2n
1
2
C
Q
R2 Z2
1 3
1 2n
(8 9)
充模过程中希望腔内压力降越小越好。将 p对
流量Q求导，令 p 0，得到模腔内压力降极小值为： Q
p min
f
n
K
C
3
n
nR
Z 1
1n 4n
式中
f
n
2 3n 1 1 n
2．充模过程中应力的建立
熔体注入模腔时，压力(也即应力)开始建立。 熔体充满型腔时，压力达到最大值，保压阶段维持 高压。
熔体一旦停止流动，应力松弛便开始。应力松 弛的程度取决于卸载阶段的冷却速率、冷却时间及 物料松弛时间的长短。若物料冷却速率高、冷却时 间短而松弛时间较长，就会在制品中造成较多的应 力冻结，称为残余应力或内应力。
二、简化假定和基本方程
设圆盘形模具的半径为R*，厚度为Z，壁温保持 为T0，浇口在圆盘中心，半径为R0，温度为T1的熔 体从浇口注入模腔以辐射状从中心向四周流动。
取柱坐标系， 在圆盘中物料沿半 径r方向流动，不同 z高度流层的流速不 同，故z方向为速度 梯度方向。
其中的应力(制品本身的静压与
大气压之间的差值)。
3．残余应力
注塑制品中的残余应力可分为三类： ①伴随骤冷淬火而产生的骤冷应力； ②由于收缩不匀产生的构型体积应变； ③在分子取向中冻结了的应力，“冻结分子取向” 。
取向——在外力场作用下，高分子链沿外力场 方向作某种方式和某种程度的平行排 列。
p
2 K Q nR 1n
Z 12n ef f
1 n
1
n
Z
2 K Q nR 1n
1
2n
1
2
C
Q
R2 Z2
1 3
1 2n
(8 9)
充模过程中希望腔内压力降越小越好。将 p对
流量Q求导，令 p 0，得到模腔内压力降极小值为： Q
p min
f
n
K
C
3
n
nR
Z 1
1n 4n
式中
f
n
2 3n 1 1 n
2．充模过程中应力的建立
熔体注入模腔时，压力(也即应力)开始建立。 熔体充满型腔时，压力达到最大值，保压阶段维持 高压。
熔体一旦停止流动，应力松弛便开始。应力松 弛的程度取决于卸载阶段的冷却速率、冷却时间及 物料松弛时间的长短。若物料冷却速率高、冷却时 间短而松弛时间较长，就会在制品中造成较多的应 力冻结，称为残余应力或内应力。
二、简化假定和基本方程
设圆盘形模具的半径为R*，厚度为Z，壁温保持 为T0，浇口在圆盘中心，半径为R0，温度为T1的熔 体从浇口注入模腔以辐射状从中心向四周流动。
取柱坐标系， 在圆盘中物料沿半 径r方向流动，不同 z高度流层的流速不 同，故z方向为速度 梯度方向。
《流变测量学》课件
流变学的应用领域
食品工业
研究膳食福利品的黏度、流动性和质感。
制药工业
分析药物的粘度和流动特性，优化制剂。
化妆品
评估化妆品的质地、延展性和稳定性。
油画
研究绘画材料的流动性和干燥时间。
流变学的基本概念
粘度
描述了流体的黏稠度和抗剪切 能力。
剪切应力
表示材料受到的切变力。
剪切速率
描述流体的变形速率。
流变学的测量方法
粘弹性是指材料同时具有粘度和弹性的特性。 弹塑性是指材料在受力后发生塑性变形的特性。 了解粘弹性和弹塑性的区别可以帮助我们更好地理解材料的变形行为。
流变参数的意义和应用
粘度
了解材料的黏稠度和阻力。
阻尼比
评估材料的能量耗散和减震能力。
剪切模量
描述材料的刚度和强度。
流变参数的意义和应用
帮助我们了解材料的性能与应用。Fra bibliotek1 弹性
材料在受力后恢复原状 的能力。
2 粘弹性
介于固体和流体之间的 材料特性。
3 塑性
材料在受力后会发生永 久性形变的特性。
流变模型和流变规律
流变模型是用数学公式描述材料流变性质的理论模型。 流变规律是描述材料流变行为的定量关系。 通过流变模型和流变规律，我们可以预测和控制材料的流变性能。
粘弹性和弹塑性的区别
1
旋转流变仪
通过测量材料的转动力矩和旋转角度来计算粘度和剪切应力。
2
振动流变仪
利用材料的振动来测量其动态粘弹性和流动性。
3
拉伸流变仪
用于测量材料在受力下的变形性能和粘弹性。
粘度的测量
粘度是材料抵抗变形和流动的特性。 常见的测量方法包括旋转流变仪、振动流变仪和玻璃管流变仪。 通过测量粘度，我们可以了解材料的黏稠度和流動特性。