高分子流体流动的影响因素
高分子流体流动的影响因素
高分子流体流动的影响因素1、高分子流体的涵义？指高分子的均相熔体、多相体系熔体、复合体系熔体、乳液、悬浮液、高分子浓溶液/稀溶液等。
决定其流动行为的因素很多：如分子量的大小和分布、分子的结构、形状和分子间的相互作用，不同相结构间的相互作用，温度、流场的形状及变化，物理缠结和解缠、化学交联和降解等2、流动单元的概念？指高分子流体能够发生流动的最小单位。
注意：（1）由于高分子链的长径比非常大，且分子链的形状高度不对称，因此，很难得到或观察到分子级的高分子流体，往往是尺寸较大的超分子聚集体。
（2）在流动过程中，由于分子之间的不断相互作用，超分子聚集体的尺寸也不断变化，因此流动单元的大小也是一个不确定的概念。
3、黏度指一点处的应力除以该处的形变速率，如：拉伸黏度：拉伸应力/该处的拉伸形变速率；本体黏度：压缩应力/该处的压缩形变速率；剪切黏度：剪切应力/该处的剪切形变速率。
4、高分子流动中最重要的参数是什么？高分子流动中最重要的参数是---黏度。
注意：影响高分子流体黏度的影响因素：剪切速率，分子特性，压力，温度。
【一】剪切速率对黏度的影响（一）、影响过程：当高分子的分子链处于有剪切速率变化引起的、具有速度梯度的流场中，整个长链不会都处于同一速度区：其中某一端可处于速度较快的中心区，而另一端处于接近管壁的速度较慢区，此时，长分子链的两端就会产生相对移动，可能使分子链发生伸直和取向。
流速梯度(或剪切速率)越大，取向越明显；如速度梯度很低，则在分子布朗运动的影响下，这种取向效应很快消失，宏观表现为发生松弛；如速度梯度提高，这种取向度也不会增加。
在流动曲线上表现出牛顿-非牛顿-牛顿行为的变化趋势。
（二）、典型表现：“剪切变稀”效应这种效应对高分子材料加工具有重要意义：由于实际加工过程都在一定剪切速率范围内进行，因此掌握材料黏度-剪切速率依赖性的“全貌”对指导改进高分子材料加工工艺十分必要。
材料的“剪切变稀”曲线给出的信息：1）材料的零剪切粘度高低不同：对同一类材料而言，主要反映了分子量的差别；2）材料流动性由线性行为（牛顿型流体）转入非线性行为（非牛顿型流体）的临界剪切速率不同；3）幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n 不同：流动指数反映了材料黏度-剪切速率依赖性的大小。
高分子流体介质的结构性能和流变特性分析
高分子流体介质的结构性能和流变特性分析引言高分子材料是一类由大量高分子化合物构成的材料，具有特殊的化学结构和物理性质，广泛应用于工业、医疗、电子等领域。
高分子流体介质是高分子材料中的一种特殊形态，其特点是具有流动性。
本文将对高分子流体介质的结构性能和流变特性进行详细分析，以增进我们对这一材料的理解。
结构性能分析高分子流体介质的结构性能主要包括分子结构、分子量、分子取向等方面的特征。
下面将针对这些特征展开分析。
分子结构高分子流体介质的分子结构复杂多样，可以是线性链状、支化状、交联状等。
不同的分子结构决定了高分子流体介质的特殊性质。
线性链状的高分子流体介质具有较好的可流动性和溶解性，而交联状的高分子流体介质则具有较好的强度和稳定性。
分子量高分子流体介质的分子量直接影响其流变特性。
一般来说，分子量较大的高分子流体介质具有较高的粘度和黏弹性，而分子量较小的高分子流体介质则具有较低的粘度和流动性。
分子取向高分子流体介质中的分子取向也影响其性能。
分子在流体介质中可呈现各种取向状态，如无序排列、层状排列、螺旋排列等。
不同的取向方式决定了高分子流体介质的力学性能、流动特性和热学性质。
流变特性分析高分子流体介质的流变特性是指其在受力作用下表现出的变形和流动行为。
理解高分子流体介质的流变特性对于控制其加工过程和改善产品性能非常重要。
下面将对高分子流体介质的黏弹性、剪切变稀和流动失稳等流变特性进行分析。
黏弹性高分子流体介质的黏弹性指的是在剪切力作用下，其既具有黏性流动又具有弹性恢复的特性。
黏弹性是高分子流体介质独特的流变特性之一，也是其广泛应用于注塑、涂装等工艺中的基础。
剪切变稀高分子流体介质在受到剪切力作用下，其粘度随着剪切速率的增加而减小的现象称为剪切变稀。
剪切变稀现象在高分子流体介质中普遍存在，对于某些复杂工艺的控制和优化具有重要意义。
流动失稳高分子流体介质在某些流动条件下会发生流动失稳现象，即流动过程中会出现不稳定的变化。
《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 ∙
高分子溶液中的流体流动特性
高分子溶液中的流体流动特性引言高分子溶液是指在溶剂中溶解的高分子物质，其具有特殊的流动特性。
高分子溶液的流动特性研究对于理解高分子溶液的性质以及应用于工业生产和科学研究中具有重要意义。
本文将介绍高分子溶液中的流体流动特性，并探讨其在不同条件下的变化规律。
高分子溶液的流动行为高分子溶液中的流动行为受到多种因素的影响，包括高分子的分子量、浓度、溶剂的性质以及温度等。
在高分子溶液中，高分子链的扩展和流动引起了流变性质的变化。
高分子链的扩展高分子溶液中的高分子链存在不同的构象，包括缠绕、拉直和伸展等。
当高分子链在流动中受到剪切力时，链的构象会发生改变，并导致高分子溶液的流动特性的变化。
流变曲线高分子溶液的流变曲线描述了溶液在外力作用下的应变和应力之间的关系。
常见的流变曲线包括剪切应力-剪切速率曲线和应力-应变曲线。
通过分析流变曲线可以获得高分子溶液的黏度、弹性模量和黏弹性等流动特性。
布洛赫方程和弗拉奇方程布洛赫方程和弗拉奇方程是描述高分子溶液流动行为的数学模型。
布洛赫方程适用于低剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的扩展和沙龙机制。
弗拉奇方程适用于高剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的断裂和再组合。
高分子溶液流动特性的影响因素高分子溶液的流动特性受到多种因素的影响，以下是几个常见的影响因素：高分子的分子量高分子的分子量是影响高分子溶液流动特性的重要因素之一。
一般来说，高分子的分子量越大，溶液的粘度越高，流动性变差。
这是因为高分子链的扩展和流动需要消耗更多的能量。
高分子的浓度高分子溶液中高分子的浓度也会影响流动特性。
当高分子浓度较低时，高分子链之间的相互作用较弱，溶液较为稀薄，流动性较好。
当高分子浓度较高时，高分子链之间的相互作用增强，溶液变得较为粘稠，流动性变差。
溶剂的性质溶剂的性质对高分子溶液的流动特性也有影响。
不同的溶剂对高分子链的溶解能力不同，这会影响高分子链的构象和流动行为。
例如，极性溶剂和非极性溶剂对高分子的影响不同。
高分子材料成型加工问答完整版
高分子材料成型加工问答完整版1.聚合物熔体的流动行为有哪些？（郑治公）假塑性：此种流体的流动曲线是非线性的，剪切速率的增加比剪切应力增加的快，并且不存在屈服应力。
流体特征是黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低，此种流体称为剪切变稀的流体。
涨塑性：此种流体的流动曲线是非线性的，剪切速率的增加比剪切应力增加的慢，并且不存在屈服应力。
流体特征是黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高，此种流体称为剪切增稠的流体。
宾汉流体：是指当所受的剪切应力不超过屈服应力τ时，表现出线性弹性y响应，只发生虎克变形；当所受剪切应力超过τ时，发生线性粘性流动，遵循y牛顿定律的流体，亦称为塑形流体。
触变性：剪切速率保持不变，黏度随时间而减小，或所需的剪切应力随时间减少的流体称为触变性流体。
触变性描述的是具有时间依赖性的假塑性流体的流动行为。
震凝性：剪切速率保持不变，黏度随时间而增大，或所需的剪切应力随时间增大的流体称为震凝性流体，亦称为反触变流体。
震凝性描述的是具有时间依赖性的胀塑性流体的流动行为。
2. 聚合物加工中的形变种类有哪些？拉伸取向和剪切取向有何区别？（曹淑言）形变种类：答：普弹性变：（玻璃态下）普弹形变是外力作用下，链长和键角的变化中晶格的变形扭曲而致，撤去外力形变就能恢复，形变量小。
高弹性变：链段运动，大形变，大模量，形变一定时间可恢复。
粘流形变：高分子链发生质心位移，形变大，模量小，不可恢复。
1）剪切流动取向：聚合物熔体或浓溶液中的分子链、链段或几何形状不对称的固体粒子在剪切流动时沿剪切流动的运动方向排列的现象称为剪切流动取向。
2）拉伸取向：聚合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用时沿受力方向作定向排列的现象称为拉伸取向。
如果受一个方向作用力引起的结构单元只朝一个方向取向为单轴拉伸取向。
如果同时受两个相互垂直的作用力引起的取向结构单元朝两个方向取向称双轴拉伸取向。
拉伸取向的类型：高弹拉伸、塑性拉伸和黏性拉伸。
第五章 高分子流体流动的影响因素
本章主要内容：
剪切速率的影响 分子量的影响 分子形状的影响 时间、压力的影响 温度的影响
剪切粘度受众多因素影响，如实验和生产工艺条 件（温度T，压力P，剪切速率，剪切应力等）；物 料结构及成分的影响（配方成分）；大分子结构参 数的影响（平均分子量，分布，支化等）。 5.1 链结构 前面已经介绍过聚合物的流动是分段进行的，是 通过链段相继移动，导致分子链重心沿外力方向移 动，从而实现流动，因此分子间作用力小，分子链 柔顺性大，分子链中链段数越多而且越短，链段活 动能力越大，钻孔洞容易，通过链段活动产生的大 分子相对位移的效果也越大，流动性越好。
17.44(T Tg ) (T ) lg lg T 51.6 T Tg WLF方程： (Tg )
其中，αT为移动因子，η（Tg）为Tg时的材料 粘度，对于大多数非晶高分子材料， η（Tg）≈1012Pa· s ，因此知道了材料的Tg ，即 可计算Tg→Tg＋100℃范围内材料的粘度。
2.分子量 线性柔性链高分子熔体或浓溶液的η0剪切粘 度与平均分子量之间的关系符合Fox－ Flory公式，
式中，Mc为分子链发生缠结的临界分子量， 对于PE，Mc约3800～4000；PS，Mc3800；聚 异丁烯15200～17000，PMMA 27500。 K1、K2是与温度及分子结构相关的材料参数， 一般柔性链材料的K1、K2值较小，刚性链的K1、 K2大。随温度的变化规律与η0随温度的变化相仿， 符合Arrhenius方程。
可见，Eγ随γ大而减小，而Eτ与τ的相关性较小，实 验发现就橡胶材料而言，非结晶型橡胶如丁苯橡胶 Eτ几乎与τ无关，接近恒定值，结晶型橡胶如天然 橡胶等，当剪切应力较低时，Eτ接近恒定，而当τ 较高时，Eτ随τ增大而增大，可能与此类橡胶在高τ 下产生应力诱导结晶相关。因此在表征E时，以恒 切应力条件为佳。
温度对高分子材料的流变学行为的影响
温度对高分子材料的流变学行为的影响
温度对高分子材料的流变学行为具有重要影响。
流变学是研究物质在外力作用下变形和流动行为的科学，温度是影响高分子材料流变学行为的主要因素之一。
温度对高分子材料的流变学行为影响其粘弹性质。
在低温下，高分子材料通常呈现固态或玻璃态，具有较高的弹性模量和较低的流动性。
随着温度的升高，高分子材料会逐渐转变为流动态，并且其粘弹性质会发生改变。
高温下，高分子材料的流动性增加，弹性模量减小，呈现出更明显的流体特性。
温度对高分子材料的流变学行为影响其黏度。
高分子材料的黏度是流动性的量化指标，与温度密切相关。
一般来说，随着温度的升高，高分子材料的黏度会下降。
这是因为温度升高会增加高分子链的热运动能量，使其更容易发生流动，黏度减小。
温度对高分子材料的流变学行为还会影响其流变应力-应变关系。
在不同温度下，高分子材料的流变应力-应变关系可能会发生变化。
例如，在低温下，高分子材料的流变应力可能呈现非线性的行为，而在高温下，流变应力可能更接近于线性关系。
这是由于温度会影响高分子链的运动性质，从而改变了流变应力的表现形式。
总的来说，温度对高分子材料的流变学行为具有重要影响，可以通过调控温度来改变高分子材料的流变性质，从而实现对高分子材料
的加工、成型和使用性能的调控。
高分子溶液特点
高分子溶液特点高分子溶液是指由高分子聚合物和溶剂组成的混合物。
高分子溶液具有以下特点：1. 高分子溶液具有高粘度。
由于高分子聚合物分子量大，溶液中高分子链的数量较多，因此高分子溶液的粘度较高。
这使得高分子溶液在流动时阻力较大，流动性较差。
2. 高分子溶液具有高浓度。
高分子溶液中高分子聚合物的含量较高，溶液的浓度较大。
高浓度的高分子溶液在溶剂中形成较为稠密的网络结构，使得溶液的物理性质发生明显变化。
3. 高分子溶液具有非牛顿流动性质。
高分子溶液的流动性质不符合牛顿流体的流动规律，即剪切应力与剪切速率成正比。
高分子溶液的流动性质受到溶液浓度、分子量、分子形态等因素的影响，其流动性质随剪切速率的变化而变化。
4. 高分子溶液具有渗透压效应。
高分子溶液中高分子聚合物的存在会导致溶液的渗透压增加。
渗透压是溶液中溶质分子浓度的一种表现形式，高分子聚合物的溶液具有较高的渗透压，可以引起溶剂分子的流动，产生渗透现象。
5. 高分子溶液具有胶溶性。
高分子聚合物在溶剂中可以形成胶体溶液，即高分子溶液中高分子链相互交织形成三维网络结构。
高分子溶液的胶溶性使得其具有一定的黏弹性和凝胶特性。
6. 高分子溶液的性质受溶剂的选择影响较大。
不同的溶剂对高分子溶液的物理性质和溶解度有着显著影响。
溶剂的选择可以改变高分子溶液的粘度、流动性、溶解度等性质。
7. 高分子溶液的性质可通过调控溶液中高分子聚合物的分子量、浓度和分子结构来改变。
高分子聚合物的分子量越大，溶液的粘度越高；溶液中高分子聚合物的浓度越大，溶液的黏弹性越明显；高分子聚合物的分子结构不同，溶液的流动性质和凝胶特性也会有所不同。
总结起来，高分子溶液具有高粘度、高浓度、非牛顿流动性质、渗透压效应、胶溶性等特点。
这些特点使得高分子溶液在许多领域具有广泛应用，如涂料、胶黏剂、医药、食品等。
通过合理调控高分子聚合物的性质和溶液条件，可以实现高分子溶液的特定应用需求。
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刚性链:两者↑,下降不明显 柔性链:两者↑,下降明显.
柔性链容易通过链段运 动取向或者链的解缠结, 使拟网状结构密度下降, 流动单元减小,流动阻力 下降明显.对刚性链链段 长,而在黏度大的熔体中 要使整个分子取向困难, 内摩擦阻力大,流动过程 中取向作用小,随着剪切 速率增加,粘度变化小.
当小于Mc时,黏度与分子量成正比,当大于时, 则黏度随着分子量急剧增大.K1K2同温度和分
0
K
2
M
3.4 w
(M
w
Mc)
子结构有关。
当低分子量,分子间可能有缠结,但是解缠结进行的很快,未形成有效的 拟网状结构.当大于临界分子量时分子链长而互相缠结,流动单元变大, 流动阻力增大,因此黏度急剧增加.注射成型用的分子量较低,挤出成型 用的分子量较高,吹塑成型用的分子量介于两者之间
分子量分布常用重均分子量与数均分子量的比值来表示：
MWB M W / M n
高分子材料的分子量分布及平均分子量
分子量分布：分子量相同时，分子量分布窄粘度变化小
1－分子量分布宽
2－分布窄
2 1
ŕ
分布窄的长链比率小,在剪切速率低时, 宽的缠结结构多,拟网状结构密度大,所以 粘度高.在高剪切速率时,宽的增加剪切速 率破坏的拟网状结构多,解缠绕多,拟网状 结构密度大大降低,流动单元减小,阻力减 小,所以剪切变稀明显.
链在高频下容易发生解缠结，并产生
滑移，所以频率依赖性很强。
上述比较是在重均分子量相同，分布也近似的条件下 典型短支链HDPE，LLDPE，长支链-LDPE
5.5 压力对黏度的影响
压力：压力升高，黏度增加
高压下，高分子材料内部的自由体积减小，分子链活动性 降低，从而使玻璃化转变温度升高（<100MPa）。压力对无 定形材料影响高于结晶型材料。
实际意义: 对于刚性链不能盲目的 通过增加柱塞压力与螺 杆转速来增加流动性， 而是提高料筒的温度 对于柔性链不能通过提 高温度,应是提高柱塞压 力与螺杆转速增加聚合 物的流动性.
当剪切速率一定时，
粘度η取决于：自由体积Vf以及大分子链间的缠 结。
自由体积是是大分子链段进行扩散运动的场所。 凡会引起自由体积增加的因素都能活跃大分子的 运动，并导致聚合物熔体粘度的降低。
结论：增大压力使聚合物熔体的黏度上升。
聚合物黏度对压力变化的敏感性： ①支化的LDPE比线型的HDPE自由体积大， 分子堆砌较松，可压缩性大；
②PS、PMMA侧基较大，自由体积较大；
对某些聚合物单纯通过增大压力来提高熔体的 流速并不恰当，过大的压力还会造成能耗过大和 设备的更大磨损。
5.6 温度对黏度的影响
炭黑是橡胶工业中大量使用的增强（补强）材料 。橡胶制品添加炭黑后，拉伸强度能够提高几倍 到几十倍。
炭黑增大黏度的原因：炭黑粒子为活性填料，其 表面可同时吸附几条大分子链，形成类缠结点。 这些缠结点阻碍大分子链运动和滑移，使体系黏 度上升。炭黑用量越多，粒径越细，结构性越高 ，类缠结点密度越大，黏度也越大。
压力的影响 聚集态中存在某些空穴——自由体积。聚合物
熔体是可压缩的流体。 在成型加工过程中聚合物熔体受到自身流体静
压力和外部作用力的作用。
例如：成型压力:l～10MPa， 聚合物熔体体积压缩量＜l%。
注塑成型时，注射压力可达100MPａ，出现 明显的体积压缩。
体积压缩——自由体积减少（分子间距离缩 小）——导致流体的黏度增加，流动性降低。
添加剂的影响
碳酸钙：碳酸钙属无机惰性填料，降低成本、增强。 影响：一是增多体系内部的微空隙，使材料内部应力
集中点增加，导致破坏过程加速；二是使体系黏度增 大，弹性下降，加工困难，设备磨损加快。 碳酸钙粒子本身也有堆砌结构，在持续剪外力作用下 ，结构有由解体到再重建，混乱到再有序，不平衡到 平衡的渐变过程，表现出触变性质。填充量越高，体 系黏度越大，但黏流活化能几乎不变，高填充体系有 时还表现出屈服应力。
软化增塑材料：主要用于黏度大、熔点高、难加工的高填充 高分子体系，以期降低熔体黏度，降低熔点，改善流动性 。
软化增塑材料的作用则是减弱物料内大分子链间的相互牵制 ，使体系黏度下降，非牛顿性减弱，流动性得以改善。尽 管人们对这些体系的流变性十分感兴趣且做了大量研究， 但由于体系组分复杂，相互制约因素多，流动机理复杂， 许多问题尚待深入研究。
纺丝和塑料的注射和挤出加工中剪 切速率比较高，分子量分布的宽窄 对于熔体粘度的剪切速率依赖性影 响较大，MI并不能很好的反映高剪 切速率下的粘度，MI相近，但在高 剪切速率下分子量分布窄的粘度比 分子量分布宽的粘度高。
橡胶加工中要求分子量分布宽，低分子 量的相当于增塑剂，对高分子量的部分 起着增塑的作用，与其它添加剂混炼捏 合时，比较容易吃料，流动性较好，可 减少动力消耗提高产品的外表光洁度， 而高分子量则保证产品物理力学性能。
第5章 高分子流体流动的影响因素
5. 1 剪切速率/应力对黏度的影响
主要表现为剪切变稀效应 但不同材料流动曲线仍有明显的不同，表现在三个方
面： ➢零剪切粘度高低不同，对同一种材料而言，主要反 映了材料分子量的差别 ➢材料流动性由线性行为转入非线性行为的临界剪切 速率不同 ➢幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n不同。
大分子之间的缠结使得分子链的运动变得非常困 难，η增大。
5.2 分子量对黏度的影响
分子量越大,完成大分子的质心移动所需要的协同运动单元的数目就越 多,内摩擦阻力就越大.LDPE分子量增加不到三倍,则它的黏度增加了四 到五个数量级
大多数聚合物熔体的剪切黏度对分子量具有
相同的依赖性，都各自有一个临界分子量Mc, 0 K1 M w (M w M c )
5.3 分子形状对黏度的影响
几种支化高分子的形式
分子链支化：短支链使粘度下降，长支链使粘度上升
短支链体系粘度比线形结构略低，不
长
能产生缠结，并使分子间距离增加,分
子间作用力减小使粘度下降。长支链
短
使分子间易缠结，粘度增大，如当支
链的分子支