高分子液体的奇异流变性能

与剪切变稀效应相对的是剪切变稠相应，
高分子即液体在流动过程变现出粘度随剪切速 率增大而升高的反常现象，如高浓度的聚氯乙 烯塑料溶胶。
Weissenberg效应
与牛顿流体不同，盛在容器中的高分子液体，当插入其中的圆棒旋 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．这种现象称Weissenberg效应，又称包轴现 象．测量容器中Ａ、Ｂ两点的压力，对牛顿型流体PA<PB，对高分子液体 有PA>PB。出现这种现象的原因被归结为高分子液体是一种具有弹性的液 体。在旋转流动时，具有弹性的大分子链会沿着圆周方向取向和出现拉 伸变形，从而产生一种朝向轴心的压力迫使液体沿棒爬升。在所有流线 弯曲的剪切流场中高分子流体元除了受到剪切应力外（变现为粘性）， 还存在法向应力差效应（表现为弹性）。
孔压误差和弯流压差
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，如图中有Ph< P,这种压力测量误差称孔压误差。 牛顿型流体不存在孔压误差，无论压力传感器端面安装得与流道壁面 是否相平，测得压力值相等。高分子液体有孔压误差现象，其产生原 因被认为在凹槽附近，流线发生弯曲，但法向应力差效应有使流线伸 直的作用，于是产生背向凹槽的力，使凹置的压力传感器测得的液体
高分子液体的奇异流变现象
高分子液体(熔体和液体)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.他们即能流动,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。 其力学响应十分复杂,而且这些响应还与体系外 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
无管虹吸，拉伸流动和可纺性
对牛顿型流体，已知当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象 立即终止。而对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣 在水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍 能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称无管虹吸效应。还 有一种无管侧吸效应，是将一杯高分子溶液侧向倾倒流出， 若使烧杯的位置部分回复，以至杯中平衡液面低于烧杯边缘， 但是高分子液体仍能继续沿壁爬行，继续维持流出烧杯，直 至杯中的液体全部流光为止。
利用包轴现象可以设计出 一种圆盘挤出机，熔融的 物料从加料口加入，在旋 转流动中沿轴爬升，而后 从轴心处的排料口排出。 这种机器结构简单，制造 方便，性能稳定，用作橡 胶加工螺杆挤出机的喂料 装置，可提高混合效果和 挤出稳定性。
挤出胀大现象
挤出胀大现象又称口型膨胀效应或Barus效应，是指高分子 熔形体状被也强发迫生挤变出化口的，现时象挤。出物尺寸dj大于口模尺寸D，截面
(a)触变性流体
(b)震凝性流体
谢谢
牛顿流体不具有这种效应或只有很弱的口型变化效应, 而高分子流体的口型膨胀相当显著。其产生原因归结为高分 子熔体有弹性记忆能力所致。熔体在进入口模时，受到强烈 的拉伸和剪切形变，其中拉伸形变属于弹性形变，这些形变 在口模中只有部分得到松弛，剩余部分在挤出口模后发生弹 性回复，出现挤出胀大现象。
不稳定流动和熔体破裂现象
力的性质（剪切力或拉伸力）、大小及作用速
率等。下面介绍九种著名的高分子Hale Waihona Puke Baidu征流变现 象。
高粘度与“剪切变稀”行为 Weissenberg效应 挤出胀大现象 不稳定流动和熔体破裂现象 无管虹吸，拉伸流动和可纺性 各种次级流动 孔压误差和弯流压差 湍流减阻效应 触变性和震凝性
高粘度与“剪切变稀”行为
剪切変稀效应是高分子液体最典型的非牛
顿牛顿流动性质，对高分子材料加工制造具有 极为重要的实际意义。在高分子材料成型加工 时，随着成型工艺方法的变化及剪切应力或剪 切素的（转速或线速度）的不同，材料粘度往 往会发生1~3个数量级的大幅变化，是加工工 艺中需要十分关注的问题。千万不要将材料的 静止粘度与加工中的流动粘度混为一谈。
实验表明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速度（或应力） 过高，超过某一临界剪切速度γ c（或临界剪切应力σ c）就容 易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙。随着 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，称之为熔 体破裂现象。虽然关于发生熔体破裂的机理目前尚无统一认 识，但各种假定都认为，这也是高分子熔体弹性行为的典型 表现。熔体破裂现象影响着高分子材料加工的质量和产率的 提高（受临界剪切速率γ c的影响）。
内压力值小于平衡时测得的压力值。
湍流减阻效应
湍流减阻效应指在高速的管道湍流中，若 加入稍许的高分子物质，如聚氧化乙烯 （PEXO)、聚丙烯酰胺（PAAm)等，则管道阻 力将大为减小的现象，又称Toms效应。湍流 减阻的机理目前尚不清楚，但肯定与高分子 长链柔性分子的拉伸特性有关。具有弹性的 大分子链的取向改变管流内部的湍流结构， 使流动阻力大大减小。管流减阻在石油开采、 输运、抽水灌溉、循环水系统等工农业生产 中具有重要意义。
这些现象都与高分子液体
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。
各种次级流动
研究表明，高分子液体在均匀梯度下通过非圆形管道流动时， 往往在主要的纯轴向流动上，附加出现局部区域性的环流， 称为次级流动，或二级流动，在通过截面有变化的流道时， 有时也发生类似的现象，甚至更复杂的还有三次、四次流动 等。一般认为，牛顿型液体旋转时的次级流动是离心力造成 的，而高分子液体的次级流动方向往往与牛顿型液体相反， 是由粘弹力和惯性力综合形成的。这种反常的次级流动在流 道与模具设计中十分重要。
触变性和震凝性
触变性(thixotropic)和震凝性(rheopectic)是高分 子液体的一种时间依赖性，指在等温条件下， 某些液体的流动粘度随着外力作用时间的长短 发生变化的性质。粘度变小的称触变性，变大 的称震凝性，或称反触变性。一般来说，流体 粘度的变化同体系内的化学、物理结构的变化 相关，因此发生触变效应时，可以认为液体内 部有某种结构遭到破坏，或是认为在外力作用 下体系内某种结构的破坏速率大于其恢复速率。 而发生震凝效应时，应当有某种新结构形成。
对大多数高分子液体而言，即使温度不发生变化，粘度会随着剪 切速率（或剪切应力）的增大而下降，这种现象就是典型的剪切变稀 现象。
一对短管和一对长管中装有静止粘度相等的液体，一种为牛顿型 液体（记为N），如甘油的水溶液，一种为高分子溶液（记为P）， 如聚丙烯酰胺的水溶液。每对管中液面的初始高度相同。打开底部的 阀门，令其从短管中流出时，由于两种液体粘度相等，可以看到两管 液体几乎同时流尽。而令其从长管中流出时，发现装有高分子液体的 管中液体流动速度逐渐变快，Ｐ管中的液体首先流尽，这是因为高分 子液体在重力作用下发生“剪切变稀”效应的缘故。