高分子材料加工工艺聚合物流变学基础
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高分子材料加工工艺聚合物流变学基础
度，类似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而增大的液体称为摇凝性液体。 B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形线团）在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时 次价交联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘 度重新降低。
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。（单位长度的形变量） 根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
剪切速率
表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 牛顿粘度
表示单位时间内的拉伸应变
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质，其表征液体抵抗外力 引起流动变形的能力。液体不同，粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（
高分子材料加工工艺聚合物流 变学基础
流变学 流动+形变
高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。 根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力（τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移，而是链段的相继蠕动来实现的。类似于蛇的蠕动。链段的尺寸大 小约含几十个主链原子。
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随剪切速率或剪切应力的大小而改变。 • 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流动性。
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间简单的相对滑 移的结果，而是链段分段运动的总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避免地要顺外力方向有所伸展 ，聚合物进行黏性流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后，高分子链又要卷曲起来。
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而增大的液体称为摇凝性液体。 B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形线团）在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时 次价交联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘 度重新降低。
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。（单位长度的形变量） 根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
剪切速率
表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 牛顿粘度
表示单位时间内的拉伸应变
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质，其表征液体抵抗外力 引起流动变形的能力。液体不同，粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（
高分子材料加工工艺聚合物流 变学基础
流变学 流动+形变
高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。 根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力（τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移，而是链段的相继蠕动来实现的。类似于蛇的蠕动。链段的尺寸大 小约含几十个主链原子。
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随剪切速率或剪切应力的大小而改变。 • 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流动性。
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间简单的相对滑 移的结果，而是链段分段运动的总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避免地要顺外力方向有所伸展 ，聚合物进行黏性流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后，高分子链又要卷曲起来。
成型工艺学第一章高聚物的加工流变学
②第二流动区（是高聚物液体表现为非牛顿性流动的区域） ⅰ.主要特征： A..液体中大分子的构象发生变化、分子束与晶粒尺寸发生改变
等。 B. ㏒τ～㏒ 曲线发生弯曲，表观粘度发生变化;粘度的变化趋 势：“切力变稀”和“切力增稠”。
ⅱ. “切力变稀”现象(是熔体、溶液及悬浮液流变行为的特征) A. “切力变稀” η～ 从τ～ 图或 图中均可看到曲线偏离牛顿流动曲线而向下弯 曲，熔体表观粘度随 增大而降低的现象。 B. 假塑性流体：由于曲线在弯曲的起始阶段有类似塑性流动的 行为，所以称这种流动为假塑性流动，具有假塑性流动行为（切力变 稀）的流体称为假塑性流体。
3．非牛顿流体的流动行为特征
（1） τ 和 有依赖性。
间通常不呈比例关系，因而剪切粘度对剪切作用
（2）非牛顿性是粘性和弹性行为的综合，流动过程包含可逆 形变和不可逆形变两种成分。
图1-2-5 非牛顿流体的应力-应变关系
4．粘性液体及指数定律 （1）指数定律方程（反映粘性液体流变性质的经验 性数学关系式） ⅰ. 粘性液体的指数定律 高聚物粘性液体在定温下于给定的剪切速率范围内 流动时，剪切应力和 剪切速率具有指数函数的关系。 ⅱ. 粘性液体指数定律方程
=K (
dv n d n ) = K( )n =K dt dr
K n =
(1-2-6) (1-2-7)
ηa =
=
K
n1
式（1-2-6）和式（1-2-7）中，K 和n 均为 常数，系非牛顿参数。 A. K相当于牛顿流体的流动粘度 μ，是液体 粘稠性的一种量度，称为粘度系数(稠度)。 B. n称为流动指数(非牛顿指数)，用来表征 液体偏离牛顿型流动的程度。 当n =1时，与牛顿流体流动方程完全相同， 该液体具有牛顿流体的流动行为。 当n ﹥1和 n﹤1时，说明该液体不是牛顿液 体，n值偏离1越远，液体的非牛顿性越强。 C. 表观粘度ηa ηa与温度和物质的本性有关，还与 等有关。
高分子材料加工原理--聚合物流体的流变性 ppt课件
所以PLLA熔体在纺丝过程中对温度极其敏感，应严格控制纺丝温 度.
表 PLLA的特性黏度降
温度/℃
室温 205 215 225
特性黏度[η]
1.35 1.16 0.89 0.82
[η]
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式： ❖ lg(T / Ts)= －C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)] ❖ 若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
1-直链，2—三支链，3—四支链
图 超支化聚(硅氧烷)
2.平均分子量的影响
(1)分子量对0 的影响
➢ Flory等: 0=KM K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 -与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0
推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻
越小，表观粘度越低。
例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑， c↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体积较大时，自由体积增大，
流体粘度对压力和温度敏感性增加。
图 顺丁胶的粘度与分子支化度的关 系
C↑
c↓ n ↓
(三) 温度的影响
1.温度对0 (或)的影响
图 常见聚合物流体的表观粘度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， 由Arrhenius方程式： η =AexpEη /RT
lnη =lnA+Eη /RT
表 PLLA的特性黏度降
温度/℃
室温 205 215 225
特性黏度[η]
1.35 1.16 0.89 0.82
[η]
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式： ❖ lg(T / Ts)= －C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)] ❖ 若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
1-直链，2—三支链，3—四支链
图 超支化聚(硅氧烷)
2.平均分子量的影响
(1)分子量对0 的影响
➢ Flory等: 0=KM K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 -与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0
推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻
越小，表观粘度越低。
例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑， c↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体积较大时，自由体积增大，
流体粘度对压力和温度敏感性增加。
图 顺丁胶的粘度与分子支化度的关 系
C↑
c↓ n ↓
(三) 温度的影响
1.温度对0 (或)的影响
图 常见聚合物流体的表观粘度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， 由Arrhenius方程式： η =AexpEη /RT
lnη =lnA+Eη /RT
第一章高分子材料加工流变学概论(二讲)
σ=λ ·ε ε
拉伸流动与剪切流动的区别：剪切流动是一个平面在另一个 平面上的滑移,而拉伸流动是同一个平面上两质点距离的拉 长,而且拉伸应力有单双向之分。 拉伸流动主要用于拉丝、吹膜、中空成型和热成型。
第三节： 第三节： 高分子材料的粘性流动与弹性（P13）
熔体受应力作用产生变形， 粘性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除 熔体受应力作用产生变形 后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。 后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。其流 动称为粘性流动 粘性流动。 动称为粘性流动。 熔体受应力作用产生变形， 弹性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除 熔体受应力作用产生变形 后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。其流动 后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。 称为弹性流动 弹性流动。 称为弹性流动。受剪切应力而产生的弹性变形称为 剪切弹性。受拉应力而产生的弹性变形称为拉伸弹 剪切弹性。 性。 弹性模量：物体所受应力对其发生的弹性变形量的比 弹性模量 物体所受应力对其发生的弹性变形量的比 值称为弹性模量。 值称为弹性模量。因剪应力而引起的称为剪切弹性 模量；因拉应力而引起的称为拉伸弹性模量。 模量；因拉应力而引起的称为拉伸弹性模量。用数 学公式表示 ：
对于服从幂律方程的流体（假塑性流体）活化能E与流动指 数n的关系为：Er=nEτ 活化能：每摩尔运动单元流动时所需要的能量，活化能越 大，粘度对温度越敏感，温度升高时，粘度下降越明显。
几种聚合物熔体的活化能
聚合物 POM(190℃） PE(MI2.1,150℃) PP(250℃) PS(190℃) PMMA(190℃) PC(250℃) NBR NR 剪切速率/S－1 101～102 102～103 101～102 101～102 101～102 101～102 101 101 活化能/(KJ/mol) 26.4~28.5 28.9~34.3 41.8~60.1 92.1~96.3 159~167 167~188 22.6 1.1
聚合物加工流变学基础 -回复
聚合物加工流变学基础-回复聚合物加工流变学基础是研究聚合物材料在加工过程中的流变特性的学科。
聚合物加工流变学研究了聚合物材料在加工过程中的力学行为，包括材料的粘度和流变应力等关键参数。
本文将一步一步介绍聚合物加工流变学的基础知识。
第一步：了解流变学基本概念流变学是研究物质在外力作用下的变形和流动行为的学科。
在流变学中，我们关注的是物质对外力的响应及其与应变速率的关系。
第二步：理解聚合物的基本特性聚合物是由大量重复单元构成的高分子化合物。
它们具有灵活性、可塑性和可拉伸性等特性。
聚合物的流变特性主要由分子结构、分子量和分子排列等因素决定。
第三步：聚合物加工过程中的变形行为在聚合物加工过程中，聚合物材料经历了多种变形行为。
这包括弹性变形、塑性变形和黏弹性变形。
弹性变形是指材料在施加外力后会发生可逆的变形，一旦外力消失，材料会恢复到原始形状。
塑性变形是指材料在外力作用下会发生不可逆的变形，即使外力消失，材料也无法完全恢复到原始形状。
黏弹性变形则是介于弹性变形和塑性变形之间的一种特性，即材料在外力作用下会有一部分可恢复的变形，但也会有一部分不可恢复的变形。
第四步：流变特性的测量方法为了研究聚合物材料的流变特性，科学家们发展了多种测量方法。
其中最常用的方法是旋转流变仪和剪切流变仪。
旋转流变仪通过旋转圆盘或圆柱体来施加剪切力，测量材料对剪切力的响应。
这种方法可以获取材料的剪切粘度和剪切应力等指标。
剪切流变仪则是通过在平行平板之间施加剪切力来测量材料的流变特性。
这种方法可以获取材料的剪切应变和剪切应力等参数。
第五步：聚合物的流变特性与应用研究聚合物材料的流变特性可以为聚合物加工过程的优化提供指导。
通过调节加工条件和材料组成，可以改变聚合物的流变特性，以满足不同的需求。
聚合物加工流变学的应用非常广泛。
在塑料加工、橡胶制品生产、粘合剂制造等领域中，流变学原理的应用可以改善产品的质量和生产效率。
此外，流变学还可用于药物传递系统、生物医学工程等领域的研究。
高分子加工工艺 第四章 聚合物流变学基础
4.3 拉伸粘度
如果引起流动的应力是拉伸应力，则： 拉伸粘度:
：拉伸应变速率 ：拉伸应力或真实应力
拉伸应变：
dl l ln l0 l l0
l
拉伸应变速率：
d dt
d [ln l dt
l ] 1 dl
0
l dt
所以：剪切流动与拉伸流动是有区别的。
剪切流动与拉伸流动的区别：
剪切流动是流体中一个平面在另一个平面的滑动；
拉伸流动则是一个平面两个质点间距离的拉长。
拉伸粘度随拉应力方向（单向或双向）而不同。 拉伸粘度随拉伸应变速率的变化趋势与假塑性流
体有所不同。拉伸粘度与拉伸应变速率关系的复杂 性和多样性。
4.4 温度和压力对粘度的影响
在给定剪切速率下，聚合物的粘度主要取决于实现分子位 移和链段协同跃迁的能力以及在跃迁链段的周围是否有可 以接纳它跃人的空间(自由体积)两个因素，凡能引起链段跃 迁能力和自由体积增加的因素，都能导致聚合物熔体枯度 下降。
由图看出，在很低的剪切速 率内，剪切应力随剪切速率 的增大而快速地直线上升， 当剪切速率增大到一定值后， 剪切应力随剪切速率增大而 上升的速率变小。但当剪切 速率增大到很高值的范围时， 剪切应力又随剪切速率的增 大而直线上升。
可将聚合物流体在宽广剪切速率范围内测得的流动曲线划 分为三个流动区：
第一流动区，也称第一牛顿区或低剪切牛顿区。 该区的流动行为与牛顿型流体相近； 有恒定的粘度，而且粘度值在三个区中为最大。 零切粘度或第一牛顿粘度，多以符号η0表示。 糊塑料的刮涂与蘸浸操作大多在第一牛顿区所对应的 剪切速率范围内进行。
α交联反应进行的程度
③受热时间的影响： 流度随受热时间的延长而减小，即热固性聚合物在完全熔融后其 熔体的流动性或流动速度均随受热时间延长而降低。
2020版《聚合物流变学基础》
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修一、课程介绍1.课程描述：《聚合物流变学基础》是讲授聚合物流动和变形的课程，是材料科学与工程专业和高分子材料与工程专业的专业选修课，是为材料学院培养高质量专业人才服务的。
课程主要涵盖聚合物流变学基础知识、基本理论、流变测量等内容，包括聚合物典型流变特征、聚合物流体的黏性和弹性行为、流变性能的测试方法、基本仪器的构造和原理、聚合物常见的流动方式及其实际应用案例。
“Fundamentals of Polymer Rheology”is a course that teaches polymer flow and deformation. It is an elective course for materials science and Engineering and polymer materials and Engineering majors. It serves to train high-quality professionals for the School of Materials.The course mainly covers basic knowledge, basic theory and rheological measurement of polymers, including typical rheological characteristics of polymers, viscosity and elastic behavior of polymer fluids, testing methods of rheological properties, structure and principle of basic instruments, common flow patterns of polymers and practical application cases.- 1 -2.设计思路：聚合物流变学是一门涉及多学科交叉的科学，与高分子物理学、高分子化学。
聚合物流变学基础
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。 非等温流动：流体各处温度均随时间而变化的流动。
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。 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。 如：等截面矩形通道内的层状流动
7. 湍流减阻与渗流增阻
高分子量的聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺的稀溶液具 有湍流减阻作用。这是由于亲水高分子链在水溶液中有很 大的流体动力学体积，从而减小了湍流强度。当聚氧化乙 烯、聚丙烯酰胺的稀溶液流经多孔介质时，渗流可使亲水 高分子链经历拉伸流动，产生较大的粘度，从而起到了阻 流的作用。
8. 无管虹吸
流体的速度分布
F S
拉伸流动
σ=F/S
剪切流动
S F
τ=F/S
二、非牛顿型流动
1. 牛顿流体
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
τ = ηγ&
剪切应力 粘度 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。 流动曲线：剪切应力与剪切速率的关系曲线。
v( r )
=
n
n +1
∆p 2KL
1
n
n+1
Rn
1 −
r R
n+1
n
1
qv
=
πn 3n +
1
∆p 2KL
n
3n+1
Rn
第四节 聚合物熔体的拉伸粘度
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• 1.高分子流动是通过链段的位移运动完成 的
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移， 而是链段的相继蠕动来实现的。类似于 蛇的蠕动。链段的尺寸大小约含几十个 主链原子。
• 2.高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随 剪切速率或剪切应力的大小而改变。
• 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压 力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流 动性。
与时间有关的黏性流体
• 判断以下液体属于哪类非牛顿流体： • ①PE熔体 • ②PVC高浓度悬浮液 • ③玉米粉 • ④PVC糊的凝胶液 • ⑤牙膏 • ⑥油漆 • ⑦石膏 • ⑧果冻
第一节 高分子熔体流变行为
• 2 流பைடு நூலகம்类型
• （1）层流和湍流
• 聚合物成型时，高粘度熔体呈现层流状态，雷诺准数 Re≤1.但在特殊情况，如小浇口熔体注射进入大型腔时。 出现湍流，熔体破碎
一 聚合物流变学基础
第一节 高分子熔体流变行为 第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素 第三节 高分子熔体的弹性行为及影响因素 第四节 高分子材料加工中的聚集态
流变学 流动+形变 高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流
A dr
dr
dt
dt
牛顿流体流动时的应力-应变关系和粘度对剪切速率的依赖性
• 非牛顿流体
假塑性流体 无屈服应力
与时间无关
膨胀性流体
有屈服应力—宾汉流体
黏性流体
非牛顿流体
触变性流体 与时间有关
摇凝性流体
黏弹性流体
不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
膨胀性流体 剪切变稠
宾汉流体
y p ＞ y
PVC糊的凝胶体，纸浆、牙膏、果冻等属于 此种
因为液体静止的时候内部有凝胶性结构，当 外力超过这个临界应力的时候，这种结构在 完全崩溃，开始流动。
触变性液体 A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低
的液体称为触变性液体。 B.原因：主要是某些液体静置时高聚物粒子间能形
• （2）稳定流动和不稳定流动
• 稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均不 随时间而变化
• 不稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均 随时间而变化
• （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 • 非等温流动：流体各处温度随时间变化的流动
• （4）一维流动、二维流动和三维流动
体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非
牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。
根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力 （τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。
（单位长度的形变量）
根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉 伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
• 一维流动：流体内质点的速度仅在一个方向上变化 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二个方向上变化 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 如：变截面（锥形）通道内的层状流动
• （5）剪切流动和拉伸流动
• 聚合物熔体两种最简单的流动是剪切流动和拉伸流动 • 剪切流动：流体质点的速度垂直于流动方向而变化
Kn a
宾汉流体
y p ＞ y
与时间无关的黏性流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
大多数高分子材料属于此种（塑料熔体，高浓度悬 浮液）
塑料熔体（原因在于大分子彼此之间的缠结状况）
高浓度悬浮液（原因是由于溶剂化作用使得被封闭 在颗粒内或大分子盘绕空穴内的小分子即溶剂或分 散介质被挤出，颗粒或缠绕大分子的有效直径即随 着应力的增加而相应缩小，再由于颗粒空间的小分 子的液体增多，使得颗粒之间的内摩擦减小（表现 为颗粒之间的碰撞概率减小），从而使得液体的黏 度下降。
成一种非永久性的次价交联点，因而表现出很大的粘度，类 似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而 增大的液体称为摇凝性液体。
B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形 线团）在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时次价交 联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只 要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘度重新降低。
膨胀性流体 剪切变稠
Kn a
如：在高剪切应力作用下PVC高浓度的悬浮液，玉米粉、糖 溶液等。为什么呢？
高浓度悬浮液静止状态，体系中的固体颗粒构成的间隙最 小，呈紧密堆砌状态，其中低分子液体成分只能勉强充填 空隙，这样的话当剪切应力不大时，低分子液体就可以再 移动的颗粒间充当润滑剂，此时，黏度不高。然而，当剪 切应力渐渐增大时，固体颗粒的紧密堆砌结构就渐渐被摧 毁，使得整个体系显得有些胀大，此时，低分子液体不能 充满所有空隙，固体颗粒移动的润滑作用在减弱，高分子 流体流动时的内摩擦阻力增大。体系黏度增大。
剪切速率 表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 表示单位时间内的拉伸应变
牛顿粘度
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质， 其表征液体抵抗外力引起流动变形的能力。液体不同， 粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（Pa.s）
0 a c e 各自代表什么呢？
F dv d(dx / dt) d(dx / dr) d
拖曳流动—压延成型、涂覆成型 由边界运动产生
压力流动—挤出成型、注射充模 由外力作用产生
• 拉伸流动：流体质点的速度沿着流动方向发生变化 单轴拉伸—合成纤维 双轴拉伸—薄膜吹塑 中空吹塑
拉伸粘度
影响拉伸粘度的因素
1.拉伸应变速率
第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素
• 一 高分子黏性流动的特点
• 3.高分子流体流动伴有高弹形变
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可 逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间 简单的相对滑移的结果，而是链段分段运动的 总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避 免地要顺外力方向有所伸展，聚合物进行黏性 流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后， 高分子链又要卷曲起来。
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移， 而是链段的相继蠕动来实现的。类似于 蛇的蠕动。链段的尺寸大小约含几十个 主链原子。
• 2.高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随 剪切速率或剪切应力的大小而改变。
• 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压 力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流 动性。
与时间有关的黏性流体
• 判断以下液体属于哪类非牛顿流体： • ①PE熔体 • ②PVC高浓度悬浮液 • ③玉米粉 • ④PVC糊的凝胶液 • ⑤牙膏 • ⑥油漆 • ⑦石膏 • ⑧果冻
第一节 高分子熔体流变行为
• 2 流பைடு நூலகம்类型
• （1）层流和湍流
• 聚合物成型时，高粘度熔体呈现层流状态，雷诺准数 Re≤1.但在特殊情况，如小浇口熔体注射进入大型腔时。 出现湍流，熔体破碎
一 聚合物流变学基础
第一节 高分子熔体流变行为 第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素 第三节 高分子熔体的弹性行为及影响因素 第四节 高分子材料加工中的聚集态
流变学 流动+形变 高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流
A dr
dr
dt
dt
牛顿流体流动时的应力-应变关系和粘度对剪切速率的依赖性
• 非牛顿流体
假塑性流体 无屈服应力
与时间无关
膨胀性流体
有屈服应力—宾汉流体
黏性流体
非牛顿流体
触变性流体 与时间有关
摇凝性流体
黏弹性流体
不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
膨胀性流体 剪切变稠
宾汉流体
y p ＞ y
PVC糊的凝胶体，纸浆、牙膏、果冻等属于 此种
因为液体静止的时候内部有凝胶性结构，当 外力超过这个临界应力的时候，这种结构在 完全崩溃，开始流动。
触变性液体 A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低
的液体称为触变性液体。 B.原因：主要是某些液体静置时高聚物粒子间能形
• （2）稳定流动和不稳定流动
• 稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均不 随时间而变化
• 不稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均 随时间而变化
• （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 • 非等温流动：流体各处温度随时间变化的流动
• （4）一维流动、二维流动和三维流动
体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非
牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。
根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力 （τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。
（单位长度的形变量）
根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉 伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
• 一维流动：流体内质点的速度仅在一个方向上变化 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二个方向上变化 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 如：变截面（锥形）通道内的层状流动
• （5）剪切流动和拉伸流动
• 聚合物熔体两种最简单的流动是剪切流动和拉伸流动 • 剪切流动：流体质点的速度垂直于流动方向而变化
Kn a
宾汉流体
y p ＞ y
与时间无关的黏性流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
大多数高分子材料属于此种（塑料熔体，高浓度悬 浮液）
塑料熔体（原因在于大分子彼此之间的缠结状况）
高浓度悬浮液（原因是由于溶剂化作用使得被封闭 在颗粒内或大分子盘绕空穴内的小分子即溶剂或分 散介质被挤出，颗粒或缠绕大分子的有效直径即随 着应力的增加而相应缩小，再由于颗粒空间的小分 子的液体增多，使得颗粒之间的内摩擦减小（表现 为颗粒之间的碰撞概率减小），从而使得液体的黏 度下降。
成一种非永久性的次价交联点，因而表现出很大的粘度，类 似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而 增大的液体称为摇凝性液体。
B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形 线团）在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时次价交 联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只 要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘度重新降低。
膨胀性流体 剪切变稠
Kn a
如：在高剪切应力作用下PVC高浓度的悬浮液，玉米粉、糖 溶液等。为什么呢？
高浓度悬浮液静止状态，体系中的固体颗粒构成的间隙最 小，呈紧密堆砌状态，其中低分子液体成分只能勉强充填 空隙，这样的话当剪切应力不大时，低分子液体就可以再 移动的颗粒间充当润滑剂，此时，黏度不高。然而，当剪 切应力渐渐增大时，固体颗粒的紧密堆砌结构就渐渐被摧 毁，使得整个体系显得有些胀大，此时，低分子液体不能 充满所有空隙，固体颗粒移动的润滑作用在减弱，高分子 流体流动时的内摩擦阻力增大。体系黏度增大。
剪切速率 表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 表示单位时间内的拉伸应变
牛顿粘度
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质， 其表征液体抵抗外力引起流动变形的能力。液体不同， 粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（Pa.s）
0 a c e 各自代表什么呢？
F dv d(dx / dt) d(dx / dr) d
拖曳流动—压延成型、涂覆成型 由边界运动产生
压力流动—挤出成型、注射充模 由外力作用产生
• 拉伸流动：流体质点的速度沿着流动方向发生变化 单轴拉伸—合成纤维 双轴拉伸—薄膜吹塑 中空吹塑
拉伸粘度
影响拉伸粘度的因素
1.拉伸应变速率
第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素
• 一 高分子黏性流动的特点
• 3.高分子流体流动伴有高弹形变
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可 逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间 简单的相对滑移的结果，而是链段分段运动的 总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避 免地要顺外力方向有所伸展，聚合物进行黏性 流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后， 高分子链又要卷曲起来。