聚合物材料加工流变学复习资料(1).docx

聚合物材料加工流变学复习资料 2010-06-02 21:00:59 阅读 165 评论 0 字号: 中

流变学：是研究材料流动及变形规律的科学。 熔融指数：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在十分钟内通过标准毛细管的重量 值。 表观剪切黏度：聚合物流变曲线上某一点的剪切应力与剪切速率Z比 牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。 可回复形变:在一定吋间内维持该形变保持恒定，而后撤公外力，使形变口然恢复，发现 只有一部分形变得到恢复，另一部分则作为永久变形保留下來，其小可恢复形变量Sr表征 流体在形变过程中储存弹性能的大小。 第2光滑挤出区：剪切速率持续升高，当达到第二临界剪切速率后，流变Illi线跌落，然后再 继续发展，挤出物表面可能又变得光滑，这一区域称为第二光滑挤出区。 冷冻皮层:实际上熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成冷冻皮层， 使熔体流道宽度Z下降。 法向应力效应:聚合物材料在口模流动小，由于占身的黏弹特性，大分子链的剪切或拉伸 取向导致其力学性能的各向界性，产生法向应力效应。 松弛时间:弹性形变在外力除去后松驰的快慢，可用松驰时间表征，TT/G, T越人， 松驰吋间越长。 德博拉数Deborah数 ——时间尺度：松弛时间与实验观察时间Z比。《1时做黏性流体，》 1吋做弹性固体。

入口校正：由于实际切应力的减小与毛细管有效长度的延长是等价的，所以可将假想的一段 管长eR加到实际的毛细管长度L上，用L+eR作为毛细管的总长度，其中e为入口修正系数，R 为毛细管的半径。用作为均匀的压力梯度，來补偿入口管压力的较大下降残余应力。 残余应力：构件在制造过程屮，将受到来口各种工艺等因素的作用打影响；当这些因 素消失Z后，若构件所受到的上述作用于影响不能随Z而完全消失，仍有部分作用与 影响残留在构件内，则这种残留的作用少影响称为残余应力。 韦森堡效应爬杆现象包轴现象：与牛顿型流体不同，盛在容器小的高分子液体，当插入其 中的圆棒旋转吋，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，乂称包轴现象。 表观粘度：表观粘度H a定义流动曲线上某一点T与y的比值。 第一法向应力差:沿着流动方向受拉伸，拉抻了的分子链产生最人法向应力。11 ,使流体 处于紧张状态，像有收缩力作用，起到一个“箝住效应”；在此同时，由于剪切作用，另一 方面会在垂直于流动方向（垂直于剪切面）产牛正向推力。22，两者Z差就是第一法向应 力差。 本构方程:描述应力分量与形变分量或形变速率分量Z间关系的方程，是描述i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.反映流变过程屮材料本身的结构特性。 平衡转矩:作用在当量面积上的转矩M与粘性力矩平衡。 Weissenberg数 ——应力比尺度：笫1法向应力打剪切应力Z比。Ws越小，弹性不明显。 挤

出胀大巴拉斯效应：指高分了熔体被强迫挤岀口模时，挤出物尺寸人于口模尺寸，截而形 状也发生变化的现象。 驻点：在X’ *处，物料流速分布屮,X’二-入，屮心处的速度二0,称驻点. 非牛顿指数：表征熔体的非牛顿特性的指数。 熔体破裂：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，挤出物表血#1［糙，随挤出速度的增人，可能分别岀现波浪 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。 假塑性流体：粘度随剪切应力、切变速率增大而降低，即“切力变稀”的流体。 胀塑性流体：粘度随剪切应力、切变速率增人而升高，即“切力变稠”的流体。 触变性流体震凝性流体：凡流体在恒温和恒定的切变速率卜粘度随时间递减的流体为触变 体，反之为震凝体。 宾汉流体：与牛顿型流体的流动Illi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册性流动。 幕律方程：剪切应力与剪切速率的某次方成正比，即 其屮，k为流体的稠度，k越人，流体越粘，k是与温度有关的参数。 n为流动指数,n=d In T /d In Y ,为在In T -In Y对数坐标中曲线的斜率。

拖曳流动：因为道壁或边界的运动而引起的流动。 压力流动：由于压差引起的流动。 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：指物料在管屮流动，是由于管道两端存在压力差，而边界固定不动，称Poiseu订le 泊肃叶流动。 稳态柔量：表征液体弹性效应的人小的量。 冻结分子取向：因分子取向被冻结而产主的应力称冻结分子取向。 冻结分子取向机理：由于冷冻皮层有绝热作用，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 了链沿流动方向取向，且保圧时间越长，分了链取向程度越高。在示来的冷却阶段，这种取 向被冻结下來。 拉伸流动：从流变学意义上讲，指物料运动的速度方向在速度梯度方向平行。 拉伸粘度：在稳态单轴拉伸屮，即拉伸速率为恒定值，设xl为拉伸方向，体系的稳态拉伸 粘度定义为： 粘流活化能：E定义为分子链流动时川丁•克服分子间作川力以便更换位置所需要的能量，或 者侮摩尔运动单元所需要的能虽，它表征粘度对温度的依赖性，E越人，粘度对温度的依赖 性越强，温度升高，具粘度下降得越多。 螺杆特性曲线口模特性曲线 挤出机稳定工作点 对同一螺杆改变不同的转速，将方程绘在-坐标图上得到的一系列具有负斜率的平行直线 称为螺杆特性曲线 改变口模人小，将绘在坐标图上得到的一•系列经过原点，斜率不同的直线称为口模特性曲 线。两纟R肓线的交点就是适于该机头口模和螺杆转速下挤岀机的综合工作点，该点所对应的 qv为挤出机在操作条件下的住产率。

螺杆转速：肯线越上越人；口模尺寸：斜率人的人 开炼加工过程压力、速度分布压力度分布： 极大值:在*二-入，即在辗距之前极 小值:在X’二入，p二0,即物料脱离辐筒 表面的位置. 在x'二-x' 0,物料刚进入辘筒处，物料 1、 曲未承受压力.

在最小辐距处，即X'二0处， 即此时物料内压力为极人值的一半. 速度分布 两个特殊点:X’ =±入,vx=v,即压力极人值处和物料脱辘处，物料流速等于辘筒表而线速度, 且速度沿y方向均等分布，保证压出料片速度均匀平稳压出•在-入＜XJ ＜

入，前方压力小, 示

部压力人，压差作用向前,形成正压力流，各层速度人于辘筒表面线速度.在* ＜-入，前方 压力人，后部压力小，形成反压力流，各层流速小于辘筒表面线速度.在X'窃处,物料流速分布 屮，屮心处的速度二0,称驻点.在x'〈x' *,正负流速共存，形成旋转运动 注塑过程： 第一阶段:合模引料阶段:物料在料筒内加热犁化，模板闭合，物料开始向入模方向移动，但仍 未入模腔，模腔内的压力非常低. 第二阶段:充模阶段:熔体开始进入模腔内，模内压力逐渐上升. 第三阶段:保压阶段:因为喷嘴压力高于模腔压力，所以熔体仍可缓慢进入模腔内，以补充熔 体在模内冷却收缩示所用的物料,使制品进一步密实. 笫四阶段:倒流阶段：由于柱塞后退，柱塞压力立即消失，喷嘴内的压力也迅速卜•降为0,但此 时模腔内的压力要高于流道屮的压力,所以浇口内诡未凝固的熔体有可能倒流，肓到浇口内 熔休凝固为止. 第五阶段:凝封阶段:没有明显的时间间隔，当上述倒流阶段结束后，也就到了凝封时间，这时 由于浇口冻结，模内压力不能继续F降. 第六阶段:冷却阶段:这一阶段持续到物料的温度下降到非晶性高聚物的玻璃化转变温度或 结晶性高聚物的熔融温度，使链段运动冻结起来. 第七阶段:开模阶段:残余应力 1 •毛细管流变仪测量原理，为什么要进行入口校正及方法，及毛细管流变仪实际应用

（1） 根据测量原理的不同，毛细管流变仪分为怛速型和怛压型两类，怛速型仪器预置柱塞

卜•压速度为恒定，待测定的量为毛细管两端压差，恒压型仪器预直柱塞前进压力为恒定，待 测量为物料的挤出速度即流量。 （2） 推导屮假设毛细管长度L

是无限长的，事实上是有限长的，流体在流过入口处时，速

度因从人口到小口而渐增，流线收敛，所以物料从料筒经入口被挤入毛细管时，引起不同流 速层之间粘性的摩擦能量耗散，另一方面，流体从人口流入小口时，在流动方向上产生速度 梯度，引起弹性形变，也要消耗能量。这两项能量的损失，使得在毛细管入口处的压力降并 不反映真实的压力降。如没有入口效应，实际作用于长L管的切应力比有入口效应的要小, 所以要扣除这部分入U效应引起的压力降。 2. 转矩流变仪测量原理及实际应用

① 采用混合器测试时，高聚物以粒了或粉末的形式白加料口加入到密闭混炼室屮，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，转了轴向翻捣、捏炼等作用，实现物料的册化、混炼，肓至达到均匀状态。实验屮通过记录物料在混介过程屮对转了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。 ② 对PVC稳定性能影响/聚合物交联过程研究 剪切粘度影响因素： 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，因此分了间作用力小，分了链柔顺性人，分了链屮 链段数越多而且越短，链段活动能力越人，钻孔洞容易，通过链段活动产朱的人分子相对位 移的效果也越人，流动性越好。 2、 加工条件：粘度对切变速率依赖性与生产实践的关系

前而已介绍的切力变稀对高分了材料的加工具有重要意义。 在炼胶，压延，挤出时，胶料流动速度快，切变速率，切应力较人，Y高，粘度低，流 动性好，生产快，而当流动停止时，粘度变得很人，有良好的挺性，半成品停放时不易变形， 不会发粘，有利于提高质量。 粘度降低，使熔体易于加工，在填充模具时易流过窄小的流道，而且使得注射机，挤出 机运转时所需能量减小。 3、 配方：填充补强材料和软化增駛材料

A碳黑的影响

碳黑用量\粒径\结构性的影响 原因：碳黑粒子为活性填料，表面可吸附儿条人分子链，形成类缠结点，阻碍人分子链运动和 滑移，体系粘度上升,碳黑用量越多，缠结点越多，流动阻力增人•在用量相等的悄况F,粒径 小的，表面积大，橡胶与碳黑相互作用增强，粘度增人. B碳酸钙影响

屈于无机填料，降低成本 右图对PP影响，随碳酸钙 用量增加粘度增人.原因:刚性粒子,不容易变形， 阻力增人，又会增人分了链与 碳酸钙颗粒间的摩擦作川. C增塑剂影响

主要用于粘度大\熔点高\难加工的高填充体系，降低粘度\改善流动性. 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，并在模壁上产牛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。若高分了链一端被冻结在 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。在示来的冷却阶段，这种取向被冻结下来。可见，分了取向冻结人多不发生 在制品屮心处，而发牛在表皮层以卜的那层材料屮。影响因素：模具温度、模腔厚度、注塑 压力、保压时间、料筒温度。 挤岀胀大原因：一是入口效应，物料进入口型之前，由于机腔直径较人，流动速率小，进入 口型示，肓径较小，流动速率人，在口型入口处的流线是收敛的，所以在口型入口处出现沿 流动方向的速度梯度，对胶料产牛拉伸力，使分子链部分拉直，如果在口型有足够的停留时 间，则部分拉肓了的分了链还来得及松弛，即来得及消除弹性形变，不把它带岀口型之外, 只带岀真正的槊•性形变，挤出后没有胀大现象，然而，由于挤出时流速快，虽然在口型屮流 动方向的速度梯度已不复存在，但因为停留时间较短，部分拉肓了的分了链来不及在口型电 松弛，即把弹性形变带出口型外，所以挤出示，流动突然停止，部分伸肯了的分了琏很快的， 大部分地，卷曲回缩，然后挤出物停放时乂进一步卷曲回缩，挤出物直径，厚度增大，氏度 缩小。二.是高聚物