流变学复习仅供参考
流变学和药物制剂

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胀性流体流动公式 Sn=′D
n-常数,值越大, 胀性特性越突出 ′--表观粘度 在制剂中表现为胀性流动的剂型为: 含有大量固体微粒的高浓度混悬剂,如50%淀 粉混悬剂、糊剂、淀粉、滑石粉等。
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(四)触变性(thixotropic)
牛顿流体的特点:
①一般为低分子的纯液体或稀溶液。 ②在一定温度下,牛顿液体的粘度为常数, 它只是温度的函数,随温度升高而减小。
其他粘度的表示方法: 运动粘度 γ=η/ρ 相对粘度 ηγ=η / η0(溶液的粘度/溶剂的粘 度)
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二、非牛顿流动
➢ 非牛顿流体(nonNewtonian fluid):不符合牛 顿流动定律的液体,如乳剂、混悬剂、高 分子溶液、胶体溶液、软膏以及固-液的 不稳定体系等。
η=CT/V C-常数 T-转矩 V-每分钟的旋转数
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(五)锥入度仪
主要用于测定软膏等制 剂的硬度。
原理为在软膏表面,测 定圆锥体尖的针头进入 软膏体的距离,一般用 0.01mm为一个单位来 表示。
合格的软膏制剂通常规 定,其范围在200-240 个单位。
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(三)层流、湍流
Re=ρud/ ρ密度 u 流速 d 管径 Re 雷诺氏系数
层流:在低流速时,色流形成连贯线状,在管中 心保持平衡流动并且流线粗细无变化。 湍流:色流瞬间与水混合,整个流体不规则流动。
二、流变性质 资料仅供参考,不当之处,请联系改正。
一切流体的流变性都可以用切变速度D与 切变应力S之间的关系曲线来描述,这种关系 曲线称为流变曲线(粘度曲线)。不同流变 性的流体具有不同的流变曲线,根据流变曲 线的不同,流体可以分为以下几种:
流变学复习提纲

复习大纲第一章绪论基本内容:流变学基本概念、流变学研究的重要性重点:流变学的概念;流变学与分子结构、加工、形态、应用等的关系,如分子量、分子量分布及支化程度对聚合物流变性的影响难点:流变学的概念(包轴现象、出口压力降、假塑性流体、粘流活化能、表观剪切粘度、熔融指数、维森堡效应、挤出胀大、可回复形变、触变性流体)第二章聚合物熔体的流动性2.1 聚合物的非牛顿型流动基本内容:高聚物粘流态的特点流动曲线的分类(牛顿流体和非牛顿流体,非牛顿流体分为宾汉流体、假塑性流体和胀塑性流体)幂律方程及影响非牛顿指数的因素掌握影响聚合物剪切粘度的分子链结构因素、加工条件及配方因素重点:流动曲线的分类机每种流动曲线特征难点:非牛顿指数的物理意义流动曲线的分类,每种流动曲线特点并举例:如:非牛顿指数、假塑性流体的流动曲线、表观粘度、剪切粘度和拉伸粘度、熔体破碎现象、聚合物弹性效应2.2影响聚合物剪切粘度的因素2.3关于剪切变稀行为的说明基本内容:从链结构出发,学习链结构、分子量及分布、支化、交联对黏度的影响从温度、剪切速率、压力等方面,学习加工条件对黏度的影响从配方方面,学习碳黑、碳酸钙、增塑剂对黏度的影响重点:影响黏度的各种因素难点:剪切变稀行为2.4高聚物熔体的弹性基本内容:高聚物弹性的几个物理量的表征松弛时间的概念挤出胀大现象,原因,影响因素熔体破裂现象、种类、原因及措施重点:挤出胀大现象,原因,影响因素熔体破裂现象、种类、原因及措施难点:松弛时间的概念熔体破裂原因2.5拉伸流动基本内容:拉伸粘度概念,与剪切粘度的比较,应用重点:与剪切粘度的比较难点:拉伸粘度的概念第三章流变性能测定3.1 引言3.2 毛细管流变仪基本内容:毛细管流变仪设备基本结构及测量原理入口校正原理及方法应用重点:毛细管流变仪测试原理难点:毛细管流变仪测试原理3.3 转矩流变仪基本内容:转矩流变仪基本结构测试原理校正原理及方法应用重点:转矩流变仪测试原理难点:转矩流变仪测试原理3.4 熔融指数测量仪3.5 其它流变仪(haake流变仪的原理与应用)3.6 拉伸粘度测试基本内容:拉伸粘度测试原理及应用重点:拉伸粘度测试原理难点:拉伸粘度测试原理第四章基本物理量、流变基础方程及本构方程4.1 基本物理量4.2 连续性方程4.3 动量方程基本内容:基本物理量直角坐标系中的连续性方程直角坐标系中的动量方程重点:直角坐标系中的连续性和动量方程难点:应力张量的概念第五章流变学基础方程的初步应用5.1 拖曳流流场分析5.2 压力流流场分析基本内容:推导两平板间牛顿流体拖曳流温度计速度分布计算公式推导牛顿与幂律流体压力流温度及速度分布计算公式重点:拖曳流与压力流速度及温度分布计算公式难点:拖曳流与压力流速度及温度分布计算公式第六章开炼机的加工过程6.2 流变分析6.3 生胶在辊筒上的行为基本内容:推导两辊筒间压力及速度分布计算公式,生胶在辊筒上的加工行为重点:两辊筒间压力及速度分布计算公式难点:两辊筒间压力及速度分布计算公式第七章挤出过程7.1 概述7.2 在计量段螺槽中的流动7.3 在机头口型中的流动7.4 稳定挤出基本内容:挤出过程、计量段螺槽中的流动、在机头口型中的流动和稳定挤出。
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复习名词解释:1假塑性流体:高聚物熔体流动时,剪切粘度随剪切速率增加而降低的流体。
2等温流动:流体在任何部位的流动状态保持恒定,不随时间变化。
3魏森贝格效应:杆在聚合物熔体中旋转时,熔体沿杆上爬的现彖。
4非牛顿流体:流体流动时,剪切粘度与剪切速率的关系不是线性关系(或不满足牛顿电脑功率)的流体。
5.粘性耗散:高聚物熔体被挤压通过一个很窄的口模时,由于剪切摩擦产生热量的现象。
6入口效应:高聚物熔体被挤压通过一个很窄的口模时,在口模入口处,由于弹性而引起熔体在口模入口处产生压力降。
7魏森贝格效应:当杆在盛有非牛顿流体(聚合物熔体)的容器屮旋转时,流体会沿杆上爬,形成中间高,周边凹的现象。
主要是由第二法向应力差效应引起的。
8第一法向应力差:用函数= - ”22二%一厂22 =0龙I,N1称为第一法向应力差,妙|称为法向应力差系数。
9剪切变稀:高聚物熔体流动时,剪切粘度随剪切速率增加而降低的现象。
10不稳定流动和熔体破裂:高分子熔体从口模挤出时,超过某一临界剪切速率,分别出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变,最后导致无规则的挤出物断裂。
11胀塑性流体:剪切粘度随剪切速率增加而增大的流体。
12.挤出胀大:高分子熔体从口模挤出时,挤出物的直径比毛细管口模直径大的现象。
13.宾汉流体:流体所受的剪切应力超过临界剪切应力后,才能变形流动的流体。
14.剪切变稀:流体的剪切粘度随着剪切速率增加而下降的性质。
15熔体破裂:高分子熔体从口模挤出时,挤出物的表面呈现不规则的现象的现象。
16.零剪切粘度:剪切速率趋向于零时熔体的粘度。
问答题1阐述非牛顿流体的种类及流动性为的特点。
答:非牛顿流体是指流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性的曲线关系。
其特点是剪切应力和剪切速率不成正比的线性关系。
非牛顿流体分为宾汉流体、膨胀性流体和假塑性流体。
宾汉流体在流动前存在一个剪切屈服应力厂。
只有当剪切应力高于匚时,流体才开始流动。
因此其流体方程为T-T y=T]p y o假塑性流体英特征是粘度随剪切速率或剪切应力增大而降低。
药剂学流变学基础复习指南

第七章流变学基础学习要点一、概述(一)流变学1、定义:流变学(rheology)就是研究物质变形与流动的科学。
变形就是固体的固有性质,流动就是液体的固有性质。
2、研究对象:(1) 具有固体与液体两方面性质的物质。
(2) 乳剂、混悬剂、软膏、硬膏、粉体等。
(二)变形与流动1、变形就是指对某一物体施加外力时,其内部各部分的形状与体积发生变化的过程。
2、应力就是指对固体施加外力,则固体内部存在一种与外力相对抗而使固体保持原状的单位面积上的力。
3、流动:对液体施加外力,液体发生变形,即流动。
(三)弹性与黏性1、弹性就是指物体在外力的作用下发生变形,当解除外力后恢复原来状态的性质。
可逆性变形----弹性变形。
不可逆变形----塑性变形2、黏性就是流体在外力的作用下质点间相对运动而产生的阻力。
3、剪切应力(S):单位液层面积上所施加的使各液层发生相对运动的外力,FSA=。
4、剪切速度(D):液体流动时各层之间形成的速度梯度,dvDdx=。
5、黏度:η,面积为1cm2时两液层间的内摩擦力,单位Pa·s,SDη=。
(四)黏弹性1、黏弹性就是指物体具有黏性与弹性的双重特征,具有这样性质的物体称为黏弹体。
2、 应力松弛就是指试样瞬时变形后,在不变形的情况下,试样内部的应力随时间而减小的过程,即,外形不变,内应力发生变化。
3、 蠕变就是指把一定大小的应力施加于黏弹体时,物体的形变随时间而逐渐增加的现象,即,应力不变,外形发生变化。
二、流体的基本性质图7-1 各种类型的液体流动曲线 (一)牛顿流体: 1、 特征 (1) 剪切速度与剪切应力成正比,S=F/A=ηD 或1S D η=。
(2) 黏度η:在一定温度下为常数,不随剪切速度的变化而变化。
2、 应用纯液体、低分子溶液或高分子稀溶液。
(二)非牛顿流体 1、 特征:(1) 剪切应力与剪切速度的关系不符合牛顿定律。
(2) 黏度不就是一个常数,随剪切速率的变化而变化。
流变学复习重点

• 典型高分子液体的流动曲线如上图,当流动很慢时, 剪切粘度保持为常数,随剪切速率的增大,剪切粘 度反而减少。图中曲线大致可分为三个区域,
•
•
OA段,剪切速率γ→0,η→ γ呈线性关系,流动 性质与牛顿型流体相仿,粘度趋于常数,称零剪切 粘度η0.这一区域称第一牛顿区。
AB段,当剪切速率超过某一临界值γ后,材料 流动性质出现非牛顿性,剪切粘度(实际上是表现 剪切粘度η,即η与γ曲线上一点与原点连线的斜率, 后面将详细介绍)随剪切速率γ增大而逐渐下降, 出现“剪切变稀”行为,这一区域是高分子材料加 工的典型流动区。 BC段,剪切速率非常高时, γ →∞时,剪切粘 度又趋于另一个定值η ∞,称无穷剪切粘度,这一区 域称第二牛顿区,通常实验达不到该区域,因为在 此之前,流动已变得极不稳定,甚至被破坏。 绝大多数高聚物熔体的η 0, η a, η ∞有如下大小 顺序η 0> η a> η ∞
• 二、高聚物粘流特点
• 高聚物分子链细而长,流动过程中其分子受力 形式与小分子不同,因而导致高聚物的粘性流动有 如下特点: 1. 流动机理是链段相继跃迁 小分子液体的流动可以用简单的孔穴模型说明, 该模型假设,液体中存在许多孔穴,小分子液体的 孔穴与分子尺寸相等,当受外力时,分子热运动无 规则跃迁,和孔穴不断变换位置,发生分子扩散应 力,在存在外力的情况下,分子沿外力方向从优跃 迁,即通过分子间的孔穴相继向某一方向移动,形 成宏观流动。温度升高,分子热运动能量增加,孔 穴增加和膨胀,流动阻力减小,粘度和温度关系服 从Arrhenius定律
•
此外,从上图可见,牛顿流体的粘度不随γ而 变化,但假塑性体粘度随γ而变化。正由于假塑性 体的粘度随γ和η而变化,为了方便起见,对非牛顿 流体可用“表观粘度”描述其流动时的粘稠性,表 观粘度η a定义流动曲线上某一点η与γ的比值,即
《高分子流变学》复习资料

第二章 流变学的基本概念
1、单位张量和对称张量:
单位张量
对称张量(������������������������������������ = ������������������������������������ )
2、无穷小位移梯度张量
������������11 σ = �������������21 ������������31
������������������������������������ ⎤ ������������������������ ⎥ ������������������������������������ ⎥ ������������������������ ⎥ ⎥ ������������������������������������ ⎥ ������������������������ ⎦
0 0 1 0� 0 1
������������12 ������������22 ∙
������������13 ������������23 �。 ∙
3、应变张量 ������������������������������������ ������������ = ������������������������������������ = ������������������������������������� ������������������������������������
������������12 ������������22 ������������32
1 ������������ = �0 0
������������13 ������������11 ������������23 � = � ∙ ������������33 ∙
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流变学复习重点一.名词解释:1.震凝性:在等温条件下,液体流动粘度随外力作用时间变大称震凝性,或称反触变形。
发生触变效应时,可以认为液体内部有某种结构遭到破坏,或者认为在外力作用下体系内某种结构的破坏率大于其恢复速率。
2.零剪切粘度:当剪切速率r →0时,σ-r 呈线性关系,流体流动性质与牛顿流体相仿,粘度趋于常数0η,成为零剪切粘度0η。
3.挤出胀大比:聚合物熔体完全松弛的挤出物直径与口型直径比。
4.WFL 方程:12()()lg lg ()()S T S C T T T a T C T T ηη∙-==-∙-时温等效原理中计算平移因子的方程,其适用温度范围为材料的Tg~Tgg100℃(Tg 为材料玻璃化转变温度)。
5.本构方程:又称状态方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程。
二.简答:1.四种无时间依赖性的流体的流动曲线以及基本特征。
①Bingham 塑性体:主要流动特征是存在屈服应力σy ,因此具有塑性体的可塑性质。
只有当外界施加的应力超过屈服应力时,物体才能流动。
②假塑性流体 主要流动特征是当流动很慢时,剪切粘度保持为常数,而随着剪切速率的增大,剪切粘度反常地减少。
③胀流行流体:主要特征是剪切速率很慢时,流动行为基本上同牛顿流体;剪切速率超过某一个临界值后,剪切粘度不是随剪切速率的增大而减小,恰恰相反,剪切速率越大,粘度越大,呈剪切变稠效应。
④牛顿流体:粘度随剪切速率呈正比关系。
2.Bagley 修正 重心思想是保持压力梯度P Z∂∂不变,将毛细管(其实是完全发展流动区)虚拟地延长,并将入口的压力降等价为在虚拟延长长度上的压力降。
3.熔体破裂定义:当外力作用速率很大时,外界赋予液体的形变能远远超出了液体的承受的极限时,多余的能量将以其他形式表现出来,其中产生小表面,消耗表面能是一种形式,而发生熔体破裂。
分类:LDPE 型和HDPE 型。
机理:与熔体的非线性粘弹性,与分子链在剪切流场找那个的取向和解取向,缠结和解缠结及外部工艺条件有关。
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。
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聚合物加工流变学复习:流变学:研究材料流动及变形规律的科学。
熔融指数:在一定的温度和负荷下,聚合物熔体每10min通过规定的标准口模的质量,单位g/10min。
假塑性流体:指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。
可回复形变:先对流变仪中的液体施以一定的外力,使其形变,然后在一定时间内维持该形变保持恒定,而后撤去外力,使形变自然恢复。
韦森堡效应&爬杆现象&包轴现象:当圆棒插入容器中的高分子液体中旋转时,没有因惯性作用而甩向容器壁附近,反而环绕在旋转棒附近,出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。
巴拉斯效应&挤出胀大&弹性记忆效应:指高分子被强迫挤出口模时,挤出物尺寸要大于口模尺寸,截面形状也发生变化的现象。
冷冻皮层:熔体进入冷模后,贴近模壁的熔体很快凝固,速度锐减,形成冷冻皮层法向应力效应:聚合物材料在口模流动中,由于自身的黏弹特性,大分子链的剪切或拉伸取向导致其力学性能的各向异性,产生法向应力效应。
松弛时间:是指物体受力变形,外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。
Deborah数:松弛时间与实验观察时间之比。
残余应力:构件在制造过程中,将受到来自各种工艺等因素的作用与影响;当这些因素消失之后,若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内,则这种残留的作用与影响称为残余应力。
表观粘度:非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。
表观剪切黏度:表观粘度定义流动曲线上某一点τ与γ的比值。
入口校正:对于粘弹性流体,当从料筒进入毛细管时,由于存在一个很大的入口压力损失,因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。
驻点:两辊筒间物料的速度分布中,在x’*处,物料流速分布中,中心处的速度=0,称驻点。
本构方程:描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。
幂律方程:用于描述非牛顿型流动行为的方程。
粘流活化能:E定义为每摩尔运动单元所需要的能量,它表征粘度对温度的依赖性,E越大,粘度对温度的依赖性越强,温度升高,其粘度下降得越多。
第二光滑挤出区:当剪切速率继续增大时,熔体在模壁附近会出现“全滑动”,这时会得到表面光滑的挤出物,这一区域称为第二光滑挤出区。
Weissenberg数:第一法向应力差与剪切应力之比。
非牛顿指数:在入口收敛流动的边界流线微分方程中,用来表征熔体非牛顿特性的参数。
第一法向应力差:沿流动(受力)向的应力与垂直于流向(法向)的应力之差。
触变性流体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递减的流体。
震凝性流体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递增的流体。
平衡转矩:胶料混炼时,转矩随物料的不断均化最终达到的平衡值。
拉伸粘度拉:伸应力与拉伸应变速率之比,表示流体对拉伸流动的阻力。
宾汉流体:与牛顿型流体的流动曲线均为直线,但它不通过原点,只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动。
牙膏、油漆是典型的宾汉流体。
胀塑性流体::剪切速率很低时,流动行为与牛顿型流体基本相同,剪切速率超过某一临界后,随剪切速率增大,流动曲线弯向切应力坐标轴,剪切黏度增大,呈现“剪切变稠”的流体。
拉伸流动:指物料运动的速度方向在速度梯度方向平行。
冻结分子取向:因分子取向被冻结而产生的应力称冻结分子取向熔体破裂(破碎)现象:高分子熔体从口模挤出时,当挤出速度过高,超过某一临界剪切速率时,容易出现弹性湍流,导致流动不稳定,挤出物表面粗糙,随挤出速度的增大,可能分别出现波浪形,鲨鱼皮形,竹节形,螺旋形畸变,最后导致完全无规则的挤出物断裂,称为熔体破裂现象。
拖曳流:指对流体不加压力而靠边界运动产生力场,由粘性作用使流体随边界流动,称Couette库爱特流动。
压力流:指物料在管中流动,是由于管道两端存在压力差,而边界固定不动,称Poiseuille泊肃叶流动。
出口压力降:指粘弹性流体在毛细管入口区的弹性形变在经过毛细管后尚未全部松弛,至出口处仍残存部分内压力,则将表现为出口压力降。
临界切应力&临界切变速率:一般随剪切速率增大,至一临界值就产生破裂,而且越来越严重,这个开始产生破裂的速率或应力。
残余应力或内应力大:若物料冷却速率高,冷却时间短而松弛时间较长,则冷却后有较多应力被冻结在制品内,称残余应力或内应力大。
用于表征高聚物熔体弹性的物理量有:可回复剪切形变、挤出物胀大、法向应力效应,熔体破裂等。
弹性模量的影响因素:链结构(分子量、分子量分布、支化);加工条件(温度、剪切速率);配方(填料)开炼加工过程:λ的意义:量纲为一的体积流量,与流量\辊距\辊速相关。
随λ的升高,压力分布曲线变宽变高,吃料与出料处间的流道加长。
冻结分子取向产生机理:进入模腔的物料一般处于高温低剪切状态,但当物料接触到冷模壁后,物料冷凝,致使粘度升高,并在模壁上产生一层不流动的冷冻皮层。
该皮层有绝热作用,使贴近皮层的物料不立即凝固,在剪切应力作用下继续向前流动。
若高分子链一端被冻结在皮层内,而另一端仍向前流动,必然造成分子链沿流动方向取向,且保压时间越长,分子链取向程度越高。
在后来的冷却阶段,这种取向被冻结下来。
可见,分子取向冻结大多不发生在制品中心处,而发生在表皮层以下的那层材料中。
消除(减轻)熔体破裂现象的措施:(1)适当降低分子量,加宽分子量分布;(2)适当升高挤出温度,但应防止交联、降解。
某些情况下如顺丁橡胶可利用低温光滑区挤出;(3)适当降低挤出速度,某些情况下,可利用高速的第二光滑区;(4)用喇叭型的口型,可提高rcrit,可消除死角;(5)加入填充补强剂和增塑剂。
影响熔体挤出破裂行为因素:一是口模的形状和尺寸;二是挤出成型过程的工艺条件;三是挤出物料的性质。
流动曲线:在剪切流动中,表征剪切应力与剪切速率之间的关系的曲线。
流体的流动主要是压力和粘弹力。
流动形式可区分为:压力流和拖曳流.流动和变形之间的关系:流动-液体-粘性-耗散能量-产生永久形变-无记忆效应-牛顿定律-时间过程变形-固体-弹性-贮存能量-形变可以恢复-有记忆效应-虎克定律-瞬时效应体破裂现象的机理分析对于LDPE型熔体,其应力主要集中在口模入口区,且入口区的流线呈典型的喇叭形收缩,在口模死角处存在涡流或环流。
当r较低时,流动是稳定的,死角处的涡流也是稳定的,对挤出物不产生影响,但是,当r>rcrit,入口区出现强烈的拉伸流,造成的拉伸形变超过熔体所能承受的弹性形变极限,强烈的应力集中效应使流道内的流线断裂,使死角区的环流乘机进入主流道而混入口模。
主流线断裂后,应力局部下降,又会恢复稳定流动,然后再一次集中弹性形变能,再一次流线断裂。
这样交替轮换,主流道和环流区的流体轮番进入口模。
两种形变历史和携带能量完全不同的流体,挤出时的弹性松弛行为也完全不同,引起口模出口处挤出物的无规畸变。
对于HDPE型熔体,流动时的应力集中效应主要不在口模入口区,而是发生在口模内壁附近,口模入口区不存在死角循环。
低r时,熔体流过口模壁,在壁上无滑移,挤出过程正常。
当r增高到一定程度,由于模壁附近的应力集中效应突出,此处的流线会发生断裂,又因为应力集中,使熔体贮能大大增加,当能量累积超过熔体与模壁之间的摩擦力的P能承受的极限时,将造成熔体沿模壁滑移,熔体突然增速,同时释放出能量,释能后的熔体再次与模壁粘着,从而再集中能量,再发生滑移,这种过程周而复始,造成聚合物熔体在模壁附近时滑时粘,表现在挤出物上呈现出竹节状或套锥形的有规畸变。
影响聚合物剪切粘度的因素:1.链结构(○1结构单元的化学本性——极性:极性高分子链之间的相互作用大于非极性高分子,因此流动性较差○2分子量:随分子量增高,材料粘度迅速增大。
又因为分子量大的材料,内部缠结点多,容易在较小的剪切速率下开始解缠结和再缠结的动态过程。
○3分子量分布:当分布加宽时,物料的粘流温度Tf下降,流动性加工行为均有改善,这是因为低分子量组分的流动性好,在试样中起内增塑作用,故使物料开始发生流动的温度跌落。
○4支化结构的影响:带中长链的聚合物有降低粘度的显著作用○5交联(凝胶)影响橡胶粘度随凝胶量增大而升高,流动性变差,但挺性好,抗冷流性好。
)2. 实验和生产工艺条件(○1切变速度和切应力○2温度○3压力的影响)3.填加剂影响4.剪切诱导结晶和压力突增现象在低剪切速率下,分子量分布宽粘度反而大的原因:当剪切速率较小时,分布宽者,一些特长的分子相对较多,可形成缠结结构比较多,故粘度比较大,当剪切速率增大时,分子量分布宽的试样中,由于缠结结构较高,且易被较高的剪切速率破坏,开始出现“切力变稀”的γc值较低,而且越长的分子随剪切速率增加对粘度下降的贡献越大。
而分子量相同且分子量分布较窄的试样,必然特长的分子数目较少,体系缠结作用不如分子量分布宽的大,故受剪切作用而解缠结的变化不那么明显,出现切力变稀的剪切速率较高,而且随剪切速率增大粘度的降低较少。
入口校正的原理:实际切应力的减小与毛细管有效长度的延长是等价的常用的聚合物流变仪有:毛细管型流变仪、转子型流变仪、组合式转矩流变仪、振荡型流变仪、落球式黏度计、其他类型流变仪(拉伸流变仪、缝模流变仪和弯管流变仪等)流变测量的目的:(1)物料的流变学表征。
(2)工程的流变学研究和设计。
(3)检验和指导流变本构方程理论的发展。
毛细管流变仪原理:根据测量原理的不同,毛细管流变仪分为恒速型和恒压型两类,恒速型仪器预置柱塞下压速度为恒定,待测定的量为毛细管两端压差,恒压型仪器预置柱塞前进压力为恒定,待测量为物料的挤出速度即流量。
毛细管流变仪主要优点:(1)操作简单,测量准确,测量范围广(2)毛细管中物料的流动与某些加工成型过程中物料流动形式相仿,因而具有实用价值;(3)不仅可测量物料的剪切粘度,还可通过对挤出行为的研究,讨论物料的弹性行为。
r缺点:(1)τ、r随毛细管半径而变;(2)不能测定与时间相关的粘弹特性;(3)存在较多误差,精度不高。
毛细管流变仪应用:(1)聚合物剪切粘度的研究(2)聚合物熔体弹性的研究转矩流变仪基本结构:流变仪主体、混合测量装置、电控仪表系统原理:采用混合器测试时,高聚物以粒子或粉末的形式自加料口加入到密闭混炼室中,物料受到上顶栓的压力,并且通过转子表面与混合室壁之间的剪切、搅拌、挤压,转子之间的捏合、撕扯,转子轴向翻捣、捏炼等作用,实现物料的塑化、混炼,直至达到均匀状态。
实验中通过记录物料在混合过程中对转子产生的反扭矩以及温度随时间的变化,来研究物料在加工过程中的分散性能、流动行为及结构变化。
优点:可模拟多种高分子材料实际加工过程,如小型密闭式混合器,小型螺杆挤出器用途:原材料的检验与研究\聚合物交联过程研究\高分子材料的熔融塑化行为\高分子材料的热稳定性\反应性加工过程的反应程度\流动与材料烧焦的关系\增塑剂的吸收特性\热固性塑料的挤出行为等.高聚物的粘性流动的特点:1. 流动机理是链段相继跃迁2. 流动粘度大,流动困难,而且粘度不是一个常数3. 流动时有构象变化,产生“弹性记忆”效应影响挤出胀大效应的因素:链结构、配方、切变速率与温度流变指数n 表征非牛顿流体与牛顿流体之间的差异程度,当n=1 时,即为牛顿粘度定律,k=η0 ,当n<1时,为假塑性流体,n>1时,则为胀塑性体,可见,n与1之差,可作为流体的非牛顿性的量度指标,n值越小,偏离牛顿型越远,粘度随γ增大而降低越多,流变性越强。