聚合物流变学

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第四章-聚合物流体的流变性

第四章-聚合物流体的流变性

(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,流体黏度对压力和温度敏感性增 加. 如PMMA和PS可以提高T或者改 变P来改善流动性
顺丁胶的黏度与相对分子质量的关系 1-直链,2—三支链,3—四支链
2. 相对分子质量的影响
(1)相对分子质量对0 的影响
丙烯腈共聚物在NaSCN-H2O 中浓溶液的零切黏度对分子量的依赖性
0 A exp E RT
ln0 ln A E RT
lg 0
lg
A
E 2.303 RT
当T>Tg+100℃时, 由Arrhenius方程式:
0 A exp E RT
ln0 ln A E RT
lg 0
lg
A
E 2.303 RT
须知
➢ 黏流活化能的大小显著受剪切应力或剪切速率的 影响,因此,测定黏流活化能必须说明具体的实 验条件。
C =45.4%,Mc=1.3103; C = 15%时, Mc=6.03104
(2)分子量对流动曲线的影响(P71)
聚合物流体流动曲线对分 子量的依赖性
M ↑ 流动曲线上移 , 0 ↑
相cr同向低值移下动的a ↑
cr
3.相对分子质量分布的影响
(二) 聚合物溶液浓度对黏度的影响
1.聚合物溶液浓度对0 (或)的影响
不稳定流动
• 凡流体在输送通道中流动 时,其流动状况及影响流 动的各种因素都随时间而 变化,此种流动称为不稳 定流动。如在注射成型的 充模过程中,在模腔内的 流动速率、温度和压力等 各种影响流动的因素均随 时间而变化。
等温流动和非等温流动
等温流动
• 流体各处的温度保持不变 情况下的流动。在等温流 动情况下,流体与外界可 以进行热量传递,但传入 和输出的热量保持相等, 达到平衡。

聚合物流变学

聚合物流变学

1
a`a b`b c`c 1 a b c 1 V / V (abc abc) / abc abc / abc 1
V / V 3 1 (1 )3 1 3 3 2 3
1
-tyx -txy 在y面施加一个剪切力tyx时,必须在x面作用一个大 小相等的剪应力txy才能使试样保持平衡。
在简单剪切实验中,应力张量为:
0 t t yx 0
t xy 0 0
0 0 0
返回
1.6 接触力(内力)
接触力是物体内的一部分通过假想的分隔 面作用在相邻部分上的力,也即外力向物 体内传递。
y B A C f D x
A
-f z
t yx f / A
txy
dz
tyx
y
x dx dy
-tyx
-txy 顺时针方向总力矩为: 必须有作用力
z
t x 0, t xy ,0
dL t yx dxdydz t xy dxdydz
txy
tyx
总力矩为dL=0,即:
t xy t yx
返回
1.5 简单实验中的应力张量
1.5.1 单向拉伸实验
y c b` f l` b A c` z l x f
t xx f / A
f t x t xx , t xy , t xz ,0,0 A t y t yx , t yy , t yz 0,0,0 t z t zx , t zy , t zz 0,0,0
V / V 3
1.2.2 单向拉伸和压缩
y
c b` f z l`
l ` l b` b c` c

聚合物的粘性流动-聚合物流变学基础课件

聚合物的粘性流动-聚合物流变学基础课件
2
9.1.2 聚合物熔体流动特点
(1)粘度大,流动性差: 这是因为高分子链的流动 是通过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移, 类似蚯蚓的蠕动。 (2)不符合牛顿流动规律:在流动过程中粘度随 切变速率的增加而下降(剪切变稀)。
(3)熔体流动时伴随高弹形变:因为在外力作用 下,高分子链沿外力方向发生伸展,当外力消失后, 分子链又由伸展变为卷曲,使形变部分恢复,表现 出弹性行为。
M > Mc 0 =KMw3~3.4
logMc logM
23
不同用途对分子量有不同的要求: 合成橡胶一般控制在20万; 塑料居橡胶和与纤维之间, 合成纤维一般控制在1.5万~10万;
不同加工方法对分子量有不同要求: 挤出成型要求分子量较高; 注射成型要求分子量较低; 吹塑成型在挤出和注射两者之间。
When T >Tg+100
a AeE/RT
E - 粘流活化能 viscous flow energy
高分子流动时的运动单元: 链段(的协同运动)
E 由链段的运动能力决定, 与分子链的
柔顺性有关, 而与分子量无关!!
29
a AeE/RT
刚性链 E大 粘度对温度敏感
柔性链
E小
粘度对温度不敏感 对剪切速率敏感
工业上常用MI值作为衡量聚合物分子量大小的一种相对指标,分 子量越大,MI值越小。
15
锥板式旋转粘度计
锥板粘度计是用于测定聚合物熔体粘度的常用仪器。
门尼粘度计
在一定温度下(通常 100C)和一定的转子速 度下,测定未硫化的橡 胶对转子转动的阻力
Mooney Index
100C
M
I100 34
预热3min
熔融指数(Melt index ——简MI ):指在一定的温度下和规定

聚合物流变学(绪论)课件

聚合物流变学(绪论)课件
聚合物流变学还可以用于研究高分子材料的结构与性能关系,通过分析聚合物的微观结构和流变性质,可以揭示材料在不同条件下的性能变化规律,为材料科学的发展提供理论支持。
除了在高分子材料加工和性能研究中的应用外,聚合物流变学还广泛应用于其他领域,如生物医学、食品科学、石油化工等。
05
聚合物流变学的未来发展
1
2
3
流变学与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合将进一步加强,为流变学理论的发展提供更多思路和方法。
跨学科融合
实验和计算模拟的相互补充和验证将成为流变学研究的重要手段,有助于更深入地揭示流体的复杂行为。
实验与计算模拟相结合
人工智能、大数据和云计算等技术在流变学中的应用将逐渐普及,提高流变学研究的效率和精度。
智能化技术的应用
聚合物流变学研究面临实验难度大、理论模型复杂、多尺度效应等问题,需要不断探索和创新。
随着科技的发展,聚合物流变学在材料制备、加工、性能优化等方面具有广阔的应用前景,为相关领域的发展提供有力支持。
机遇
挑战
THANK YOU
聚合物流变学(绪论)课件
目录
contents
聚合物流变学简介聚合物流变学基础知识聚合物流变学研究方法聚合物流变学应用聚合物流变学的未来发展
01
聚合物流变学简介
01
02
它涉及到高分子材料的流变性质、流动行为、结构变化以及与加工工艺之间的关系等多个方面。
聚合物流变学是一门研究高分子材料在流动和变形过程中所表现出来的各种物理和化学行为的科学。
将连续的流体离散为有限个单元,如有限差分法、有限元法等。
离散化方法
根据物理定律和边界条件,建立描述流体运动的偏微分方程或积分方程。
建立模型方程

聚合物流变学(绪论)

聚合物流变学(绪论)
31
❖ 加工流变学:属于宏观流变学,主要研究
与高分子材料加工工程有关的理论与技术 问题。
❖ 比如说,研究加工条件变化与材料流 动性质(主要指粘度、弹性)及产品力学 性质之间的关系,异常的流变现象如挤出 胀大、熔体破裂现象发生的规律、原因及 克服办法;高分子材料典型加工成型操作 单元(如挤出、吹塑、注射等过程的流变 学分析;多相高分子体系的流变性规律, 以及模具与机械设计中遇到的种种与材料 流动性质有关的问题等。)
32
主要内容:
挤出流变学 密炼流变学 塑炼流变学 压延流变学 注模流变学 吹塑流变学 熔体纺丝流变学
33
研究和学习流变学的意义
1)对高分子材料合成而言,流变学与高分子化学结合在一 起,流变性质通过与分子结构参数的联系成为控制合成产 物品质的重要参数。
2)对高分子材料成型加工而言,流变学与高分子物理学和 高分子材料成型工艺原理结合在一起,成为设计和控制材 料配方及加工工艺条件,以获取制品最佳的外观和内在质 量的重要手段。
图 1-8 孔压误差 21
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 的压力值相等。高分子液体有孔压误差现象。
22
2 原因: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内压力 值小于平置时测得的值。在实施流变测量时,应 当注意这一效应。同样地,当高分子液体流经一 个弯形流道时,液体对流道内侧壁和外侧壁的压 力,也会因法向应力差效应而产生差异。通常内 侧壁所受的压力较大。
10
11
二、Weussebberg效应
12
三、Barus效应
13
四、不稳定流动与熔体破裂

聚合物流变学研究意义

聚合物流变学研究意义

聚合物流变学研究意义聚合物流变学是研究聚合物在外力作用下的流变特性的学科。

聚合物是一类大分子化合物,具有高分子量、高分子链的柔韧性和长期的耐久性等特点。

聚合物在外力作用下会产生不同的变形和流动行为,而聚合物流变学正是研究这些变形和流动行为的学科。

聚合物流变学的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 工程应用:聚合物流变学的研究可以为聚合物工程应用提供重要的理论基础。

比如,聚合物在塑料加工中的流动行为和变形特性对于塑料工程的设计和制造至关重要。

另外,在航空、汽车、电子等领域,聚合物的流变特性也对产品的性能和可靠性有着重要的影响。

2. 医学应用:聚合物在生物医学领域中有着广泛的应用,比如注射用聚合物、生物材料、组织工程等。

聚合物流变学的研究可以为这些应用提供重要的理论支持和技术指导。

3. 环境保护:聚合物在环境领域中也有着重要的应用,比如塑料袋、塑料瓶等。

聚合物流变学的研究可以为这些应用提供技术支持,使其更加环保和可持续。

聚合物流变学的研究主要涉及到以下几个方面:1. 本构关系:聚合物的流变特性与其分子结构有关,通过研究聚合物的分子结构和流变行为,可以建立聚合物的本构模型,从而预测其力学性能。

2. 流变行为:聚合物的流变行为包括弹性、塑性、粘弹性等,通过研究聚合物的流变行为,可以了解其在复杂工况下的行为规律,从而为工程应用提供理论指导。

3. 流变测试:聚合物的流变测试是研究聚合物流变行为的重要手段,包括剪切测试、拉伸测试、压缩测试等。

通过流变测试,可以获得聚合物的粘度、弹性模量、屈服点等流变参数,为聚合物工程应用提供重要的数据支持。

聚合物流变学的研究对于聚合物工程应用、生物医学、环境保护等领域都具有重要的意义。

在未来,随着聚合物材料的广泛应用,聚合物流变学的研究也将变得越来越重要。

聚合物流变学第一章

聚合物流变学第一章

第一章 绪 论1. 流变学概念流变学——研究材料流动及变形规律的科学。

高分子材料流变学——研究高分子液体,主要指高分子熔体、高分子溶液,在流动状态下的非线性粘弹行为,以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。

图1-1 液体流动与固体变形的一般性对比Newton’s 流动定律 γησ 0= 牛顿流体 H ooke’s 弹性定律 εσE = 虎克弹性体实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。

如沥青、粘土、橡胶、石油、蛋清、血浆、食品、化工原材料、泥石流、地壳,尤其是形形色色高分子材料和制品,它们既能流动,又能变形;既有粘性,又有弹性;变形中会发生粘性损耗,流动时又有弹性记忆效应,粘弹性结合,流变性并存。

对于这类材料,仅用牛顿流动定律或虎克弹性定律已无法全面描述其复杂力学响应规律,必须发展一门新学科——流变学对其进行研究。

流变性实质——“固-液两相性”,“粘弹性”并存。

这种粘弹性不是小变形下的线性粘弹性,而是材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹行为。

流动与变形又是两个紧密相关的概念。

在时间长河中,万物皆流,万物皆变。

流动可视为广义的变形,而变形也可视为广义的流动。

两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同。

按地质年代计算,坚硬的地壳也在流动,地质学中著名的“板块理论”揭示了亿万年来地球大陆板块的变化和运动。

另一方面,如果以极快的速度瞬间打击某种液体时,甚至连水都表现了一定的“反弹性”。

1928年,美国物理化学家E.C.Bingham正式命名“流变学(rheology)”,字头取古希腊哲学家Heraclitus所说的“ ”,意即万物皆流。

1929年成立流变学会,创办流变学报(Journal of Rheology),一般将此认为流变学诞生日。

流变学是一门涉及多学科交叉的边缘科学。

高分子材料流变学的研究内容与高分子物理学、高分子化学、高分子材料加工原理、高分子材料工程、连续体力学、非线性传热理论等联系密切;其研究对象的力学、热学性质相当复杂。

聚合物的流变学性质

聚合物的流变学性质

为何具有“剪切增稠”特性?
多分散体系; 高含量,高硬度微粒为分散相,分散介质在其间起润滑作用。
增大 ,粒子相互碰撞,导致润滑不足,流动阻力增加,粘度上升。
2
1
特征:τ较小不流动,呈现凝胶状态,只发生弹性变形;
该液体在静止时内部存有凝胶结构,当外加应力大于 τy时,凝胶崩溃,流动行为与牛顿流体相似。
05
提高熔体的流动性。
1.3 聚合物的流变学性质
温度及压力对聚合物熔体粘度的影响
——聚合物大分子的热运动有赖于温度。
与分子热运动有关的熔体流动必然与温度有关。
——在聚合物注射成型过程中,温度对熔体粘
度的影响与剪切速率同等重要。
温度升高——
大分子间的自由空间随之增大,分子间作用力
减小,分子运动变得容易,从而有利于大分子的
01
这时,大分子链段的运动相对减少,分子间的
02
相互作用力(范德华力)逐渐减弱,熔体内的自由
03
空间增加,从而导致相对运动加大,宏观上体现
04
为表观粘度相对降低。
05
——注射成型中,多数聚合物的表观粘度对熔
06
体内部的剪切速率具有敏感性,可以通过调整剪
07
切速率来控制聚合物的熔体粘度。
08
在注射成型中,聚合物熔体发生剪切稀化效应
率区域时,流体变形和流动所需的切应力随剪切
速率而变化,并呈指数规律增大;
流体的表观粘度也随剪切速率而变化,呈指数
规律减小。
假塑性液体的“剪切稀化”的原因:
聚合物具有大分子结构,当熔体进行假塑性流
动时,剪切速率的增大,使熔体所受的切应力加
大,从而导致聚合物大分子结构伸长、解缠和滑
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其中非牛顿流体
固体1.弹性固体2.刚体非(G线性(,
3.粘弹性固体
线性(E、G为常数 G )
线性( 流体1.粘性流体线2性.无(牛粘顿性流体)
3.粘弹性流体非线性(
线性( f ( ,,t))
广义牛顿流体 非牛顿流体
粘弹性流体
基本变形方式:拉伸(压缩)、剪切、膨胀。
聚合物流变学的学习与心得体会
通过一学期的聚合物流变学的学习,使我对其有了初步的了解。现在针对 平时学习笔记和课后浏览相关书籍所获知识进行总结。
1、 聚合物流变学学习内容
1. 流变学中的基本概念 流变学是研究材料的流动和变形规律的科学,是一门介于力学、化学、物
理与工程科学之间的新兴交叉学科。聚合物随其分子结构、分子量的不同,以 及所处温度的不同,可以是流体或固体,它们的流动和变形规律各不相同,也 即有不同的流变性能。聚合物流变学是研究聚合物及其熔体的变形和流动特性。
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,通系电1,力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配,机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2,下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷,32调需3各控要类试在管验最路;大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷,下安要与全加过,强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中;中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整,理核或高对者中定对资值某料,些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒,卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置,接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资,,料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气,敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术,技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方;资式对料,整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资,课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试,且技合进术理行,利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。:对对在于于分调差线试动盒过保处程护,中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技,,术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板,变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生;握内同图部一纸故线资障槽料时内、,设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷,试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高,技中要术资进资料行料试检,卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
流体→流动→粘性→耗散能量→产生永久变形→无记忆效应 根据经典固体力学理论,在极限应力范围内,各向同性的理想弹性固体的 形变为瞬时间发生的可逆形变。应力与应变呈线性关系,服从胡克弹性定律, 且应力与应变速率无关。 固体→变形→弹性→储存能量→变形可以恢复 聚合物流动时所表现的粘弹性,即有粘性流动又有弹性变形,与通常所说 的理想固体的弹性和理想液体的粘性大不相同,也不是二者的简单组合。 材料流变学分类
1.1 粘弹性流体特性及材料流变学分类 粘性流体的流动是:变形的时间依赖性;变形不可恢复(外力作的功转化
为热能);变形大,力与变形速率成正比,符合 Newton's 流动定律。 根据经典流体力学理论,不可压缩理想流体的流动为纯粘性流动,在很小
的剪切应力作用下流动立即发生,外力释去后,流动立即停止,但粘性形变不 可恢复。切变速率不大时,切应力与切边速率呈线性关系,遵循牛顿粘性定律, 且应力与应变本身无关。
1.2 高分子流体的粘弹性
(1)即有粘性流动又有弹性变形,粘弹性流体的流动是一种有可恢复形变
的流动,具有流体和固体的双重性质。
(2)应力(应变)取决于应变(应力)历史,而不是应变(应力)的瞬时
值。即应力(应变)相应具有时间依赖性。
(3)流动过程中表现出的粘弹性偏离胡克定律和牛顿定律,模量和粘度强
烈的依赖于应变(应变速率),应力与应变(速率)之间呈现非线性关系。
1.3 流变学力学基础
聚合物流动时,其内部的应力状态十分复杂,既存在剪切应力,还存在法
向应力,各个不同方向上的应力值不等。为了正确的研究聚合物的非线性粘弹
性行为,借助于线性理论的概念进行讨论,定义流变学研究中的基本物理量:
应力张量、偏应力张量、形变张量、形变率张量、速度梯度张量,以及基本流
变学函数:剪切粘度,第一、二法向应力差函数,拉伸粘度等。
(1)应力和应力张量
物体在外力或外力矩作用下会产生流动或形变,同时为抵抗流动或形变,
物体内部产生相应的应力。牛顿流体的应力状态比较简单,但是聚合物流动过
程中既有粘性形变,又有弹性形变,其内部应力状态相当复杂,要全面描述非
对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关,通系电1,力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配,机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2,下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷,32调需3各控要类试在管验最路;大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷,下安要与全加过,强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中;中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整,理核或高对者中定对资值某料,些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒,卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置,接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资,,料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气,敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术,技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方;资式对料,整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资,课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试,且技合进术理行,利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。:对对在于于分调差线试动盒过保处程护,中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技,,术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板,变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生;握内同图部一纸故线资障槽料时内、,设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷,试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高,技中要术资进资料行料试检,卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。
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