第四章聚合物流变学基础精选PPT.ppt
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1、第四章聚合物流变学第四章聚合物流变学基础基础第1页,此课件共45页哦1 1 聚合物熔体剪切粘度的影响因素聚合物熔体剪切粘度的影响因素 剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率 温度温度温度温度 压力压力压力压力 分子结构(分子量、分子量分布、支化)分子结构(分子量、分子量分布、支化)分子结构(分子量、分子量分布、支化)分子结构(分子量、分子量分布、支化)添加剂(增塑剂、润滑剂、填充剂)添加剂(增塑剂、润滑剂、填充剂)添加剂(增塑剂、润滑剂、填充剂)添加剂(增塑剂、润滑剂、填充剂)第2页,此课件共45页哦影响粘度最重要的两个因素:温度与剪切温度温度剪切剪切影响本质是运动能力影响本质是运动能力影响本质是熵
2、回复影响本质是熵回复故 柔性分子链对剪切敏感 刚性分子链对温度敏感第3页,此课件共45页哦剪切速率剪切速率 A-LDPEA-LDPE B-B-乙丙高聚物乙丙高聚物乙丙高聚物乙丙高聚物 C-PMMAC-PMMA D-D-甲醛高聚物甲醛高聚物甲醛高聚物甲醛高聚物 E-E-尼龙尼龙尼龙尼龙6666 第4页,此课件共45页哦 温度温度第5页,此课件共45页哦压力压力 聚聚合合物物由由于于具具有有长长链链结结构构和和分分子子内内旋旋转转,产产生生空空洞洞较较多多,即即所所谓谓的的“自自由由体体积积”。所所以以在在加加工工温温度度下下的的压压缩缩性性比比普通流体大得多。普通流体大得多。聚聚合合物物在在高高
3、压压下下体体积积收收缩缩,自自由由体体积积减减小小,分分子子间间距距离离缩短,链段活动范围减小,分子间作用力增大,粘度增大。缩短,链段活动范围减小,分子间作用力增大,粘度增大。b:压力系数:压力系数第6页,此课件共45页哦单纯通过压力来提高聚合物的流动性是单纯通过压力来提高聚合物的流动性是不恰当的。过大的压力会造成功率消耗不恰当的。过大的压力会造成功率消耗过大和设备的磨损,甚至使塑料熔体变过大和设备的磨损,甚至使塑料熔体变得象固体而不能流动,不易成型。得象固体而不能流动,不易成型。第7页,此课件共45页哦分子量分子量分子量越大,粘度越高13.4Mclog 0log MwMWMC,不产生缠结 M
4、WMC,产生缠结第8页,此课件共45页哦polystyrene fraction(217C)PMMA fraction 25wt%in diethyl phthalate(60C)6.04.02.00-2.06.04.02.002.0 3.0 4.0 3.0 4.0 2.0 3.04.02.002.002.0 3.0 4.02.0 3.0 4.0log Mwlog viscosity(poises)poly(dicamethylene adipate)(109C)polybutylene fractions(217C)polycaprolactam(253C)poly(dimethyl sil
5、oxane)(25C)第9页,此课件共45页哦高下,M对的影响减小(解缠结)lglgM1M2M1M2第10页,此课件共45页哦分子量分布分子量分布Log viscosity BroadNarrowlog shear rate(sec-1)第11页,此课件共45页哦支化支化短支化链:不缠结,且增大分子间距,降低长支化链:加剧缠结,增加第12页,此课件共45页哦分子量与支化对粘度的影响长臂星形聚合物的粘度随分子量的增长比线形聚合物快得多聚丁二烯log 0log M 4 5 6876543210四臂星形三臂星形线形第13页,此课件共45页哦105103101(sec-1)10-2 100 102 1
6、04长支化线形()(Pa.s)支化对剪切敏感性的影响第14页,此课件共45页哦2 2 流变测定流变测定(1)熔体流动速率(MFR)(常用于塑料)(2)门尼粘度(常用于橡胶)在一定温度和一定转子转速下,测定未硫化胶在一定温度和一定转子转速下,测定未硫化胶 时转子转动的阻力。时转子转动的阻力。第15页,此课件共45页哦LP0DePD毛细管半径固定为D以不同流速挤出熔体测定压力(3)毛细管流变仪第16页,此课件共45页哦高压毛细管流变仪第17页,此课件共45页哦LDPELDPE粘度曲线粘度曲线 第18页,此课件共45页哦(4)混炼型流变仪第19页,此课件共45页哦第20页,此课件共45页哦PVC流变
7、曲线图流变曲线图加料峰加料峰加料峰加料峰(A(A点点点点),最小扭矩,最小扭矩,最小扭矩,最小扭矩(B(B点点点点),塑化扭矩,塑化扭矩,塑化扭矩,塑化扭矩(C(C点点点点),平衡扭矩,平衡扭矩,平衡扭矩,平衡扭矩(D(D点点点点),热稳定时间,热稳定时间,热稳定时间,热稳定时间(E(E点点点点)第21页,此课件共45页哦不同温度对不同温度对XLPE交联反应的影响交联反应的影响 第22页,此课件共45页哦粘度测量过程图粘度测量过程图 第23页,此课件共45页哦德国哈克转矩流变仪第24页,此课件共45页哦不同配方共混料的粘度曲线第25页,此课件共45页哦3 3 弹性表现弹性表现 在在在在生生生生
8、产产产产过过过过程程程程中中中中,经经经经常常常常见见见见到到到到:制制制制品品品品表表表表面面面面无无无无光光光光泽泽泽泽、麻麻麻麻面面面面或或或或波波波波纹纹纹纹,严严严严重重重重时时时时出出出出现现现现裂裂裂裂纹纹纹纹,制制制制品品品品质质质质量量量量不不不不合合合合格格格格,其其其其原原原原因因因因是是是是聚聚聚聚合合合合物物物物流流流流动动动动过过过过程程程程中中中中产产产产生生生生的的的的,我我我我们们们们称称称称它它它它为为为为流流流流动动动动缺缺缺缺陷陷陷陷,这这这这是是是是工工工工艺艺艺艺条条条条件件件件、制制制制品品品品设设设设计计计计、设设设设备备备备和和和和原原原原料料
9、料料选选选选择择择择不不不不当当当当等等等等造造造造成成成成的。的。的。的。第26页,此课件共45页哦(1)(1)管壁上的滑移 高分子熔体在高剪切应力下高分子熔体在高剪切应力下,贴近管壁的一层液体会发生间贴近管壁的一层液体会发生间断的流动断的流动,这种现象称为管壁上的滑移。这种现象称为管壁上的滑移。其原因其原因:有人提出熔体破坏的黏附滑移理论认为有人提出熔体破坏的黏附滑移理论认为:在较低剪切速在较低剪切速率下率下,熔体液层附着在管壁上熔体液层附着在管壁上,U,U=0=0。但对于假塑性液体。但对于假塑性液体,粘度对剪粘度对剪切速率有较大的依赖性切速率有较大的依赖性,剪切速率增大剪切速率增大,下降
10、,管壁附近剪切速率下降,管壁附近剪切速率高高,其粘度更低其粘度更低,更易流动。更易流动。第27页,此课件共45页哦 伴伴随随流流动动出出现现“分分级级效效应应”,”,即即低低分分子子的的级级分分聚聚集集在在管管壁壁附附近近,可可能能出出现现熔熔体体沿沿管管壁壁滑滑移移。滑滑移移的的结结果果导导致致能能量量下下降降,滑滑移移停停止止。滑滑移移和和黏黏附附的的交交替替出出现现,时粘、时滑时粘、时滑,结果造成不稳定流动。结果造成不稳定流动。其其结结果果对对挤挤出出过过程程来来说说会会造造成成挤挤出出物物膨膨胀胀不不均均,挤挤出出量量不不稳稳定定以以及及几几何何形形状状相相同同的的仪仪器器测测定定的的
11、同同一一种种样样品品的的流流变变数数据据不不尽尽相相同同的的原原因因。滑滑移移与与聚聚合合物物种种类类、润润滑滑剂剂和和管管壁壁有有关关。可可通通过过调调整整工工艺艺、配配方方和和设设备备参参数数来来减减轻轻这这种现象。种现象。第28页,此课件共45页哦(2)(2)端末效应端末效应 高分子流体从高分子流体从高分子流体从高分子流体从大管流到小管,也就是入口和出口大管流到小管,也就是入口和出口大管流到小管,也就是入口和出口大管流到小管,也就是入口和出口 入口效应入口效应:聚合物流体在管道入口端因出现收敛流动,使聚合物流体在管道入口端因出现收敛流动,使压力降突然增大的现象称为压力降突然增大的现象称为
12、入口效应入口效应。刚入口段刚入口段Le=0.03Le=0.030.05Re0.05ReD ReD Re为雷诺准数,为雷诺准数,D D小管管径。小管管径。在这段的压力降比计算值大,此段以后才会出现稳态流动。在这段的压力降比计算值大,此段以后才会出现稳态流动。第29页,此课件共45页哦在料筒末端转角处,具有次级环形流动,即涡流。在料筒末端转角处,具有次级环形流动,即涡流。取决于聚合物的品种与入口角取决于聚合物的品种与入口角,入口速度越大,入口速度越大,角越角越小,越容易产生涡流。小,越容易产生涡流。入口模型:入口模型:第30页,此课件共45页哦产生入口效应的原因:产生入口效应的原因:(a)(a)(
13、a)(a)速度重排速度重排速度重排速度重排:熔体在大小管内速度是不等的,熔体在大小管内速度是不等的,熔体在大小管内速度是不等的,熔体在大小管内速度是不等的,为了调整速度要消耗一定的压力降。为了调整速度要消耗一定的压力降。为了调整速度要消耗一定的压力降。为了调整速度要消耗一定的压力降。(b)(b)(b)(b)弹弹弹弹性性性性效效效效应应应应:熔熔熔熔体体体体由由由由大大大大管管管管流流流流向向向向小小小小管管管管,必必必必须须须须变变变变形形形形以以以以适适适适 应应应应新新新新的的的的流流流流道道道道。聚聚聚聚合合合合物物物物具具具具有有有有弹弹弹弹性性性性,对对对对变变变变形形形形具具具具有
14、有有有抵抵抵抵抗抗抗抗能能能能力力力力,因因因因此此此此造造造造成成成成能量消耗,即消耗适当的应力降。能量消耗,即消耗适当的应力降。能量消耗,即消耗适当的应力降。能量消耗,即消耗适当的应力降。以以以以上上上上两两两两种种种种原原原原因因因因使使使使压压压压力力力力降降降降与与与与计计计计算算算算式式式式中中中中的的的的压压压压力力力力降降降降不不不不符符符符,一一一一般般般般以以以以加加加加大大大大长长长长度度度度的的的的办办办办法法法法来来来来调调调调整整整整压压压压力力力力降降降降造造造造成成成成的的的的能能能能量量量量损损损损失(根据流量计算式)失(根据流量计算式)失(根据流量计算式)失
15、(根据流量计算式)L L L L改为改为改为改为L+3DL+3DL+3DL+3D符合实际。符合实际。符合实际。符合实际。第31页,此课件共45页哦出口效应(出口效应(BrassBrass效应)效应)又又又又叫叫叫叫记记记记忆忆忆忆效效效效应应应应,是是是是指指指指聚聚聚聚合合合合物物物物粘粘粘粘弹弹弹弹性性性性熔熔熔熔体体体体在在在在压压压压力力力力下下下下挤挤挤挤出出出出模模模模口口口口或或或或离离离离开开开开管管管管道道道道出出出出口口口口后后后后,流流流流柱柱柱柱截截截截面面面面增增增增大大大大,而而而而长长长长度度度度缩缩缩缩小小小小的的的的现现现现象象象象。熔熔熔熔体体体体由由由由导
16、导导导管管管管流流流流出出出出时时时时,料料料料流流流流直直直直径径径径先先先先收收收收缩缩缩缩,后后后后膨膨膨膨胀胀胀胀。(牛牛牛牛顿顿顿顿流流流流体体体体只只只只有有有有收收收收缩缩缩缩,无无无无膨膨膨膨胀)胀)胀)胀)第32页,此课件共45页哦收缩的原因 主主主主要要要要是是是是速速速速度度度度再再再再调调调调整整整整引引引引起起起起的的的的。流流流流体体体体在在在在管管管管中中中中流流流流动动动动时时时时,径径径径向向向向速速速速度度度度是是是是不不不不等等等等的的的的,由由由由于于于于管管管管壁壁壁壁的的的的约约约约束束束束,离离离离开开开开管管管管壁壁壁壁时时时时,失失失失去去去去
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