聚合物的流变性 (2).ppt
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1、关于聚合物的流变性(2)现在学习的是第1页,共54页溶液纺丝溶液纺丝塑料的挤出、吹塑、注射、浇注塑料的挤出、吹塑、注射、浇注工业中的工业中的应用应用 当温度当温度T T 高于非晶态聚合物的高于非晶态聚合物的T Tf f、晶态聚合物晶态聚合物的的T Tm m时,聚合物变为可流动的粘流态或称熔融态,时,聚合物变为可流动的粘流态或称熔融态,形变随时间发展,并且不可逆。热塑性聚合物的加工形变随时间发展,并且不可逆。热塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔体的流动性能。这种流动态也是成型大多是利用其熔体的流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要加工状态。高聚物溶液的主要加工状态。3.1聚合物的流变性质聚合物
2、的流变性质现在学习的是第2页,共54页结构特点高聚物的流动行为是高聚物分子运动的表现,反映了高聚物的组成、结构、分子量及其分布等结构特点。对高聚物熔体和溶液体系的流变性能分析,必须既考虑其粘性流动(不可逆形变),也必须考虑其弹性变形(可逆形变);同时还需考虑高聚物链结构的不均一性(如分子量分布和支化),分散体系的不均匀性(如颗粒大小、填料的不均一性);高聚物在加工过程中有化学降解和热氧降解等等;以及形变的不均匀性、温度的不均匀性等等。是一个十分复杂的体系现在学习的是第3页,共54页流变行为影响最终产品的力学性质分子结晶、取向排列加工过程中流动场薄膜和纤维等的力学性质现在学习的是第4页,共54页
3、(3)熔体流动时伴随高弹形变熔体流动时伴随高弹形变:因为在外力作用下,高: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,表现出弹性行又由伸展变为卷曲,使形变部分恢复,表现出弹性行为为(1)粘度大,流动性差粘度大,流动性差:这是因为高分子链的流动是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,类似蚯蚓的蠕动蚯蚓的蠕动(2)不符合牛顿流动规律不符合牛顿流动规律:在流动过程中粘度随切:在流动过程中粘度随切变速率的增加而下降(剪切变稀)变
4、速率的增加而下降(剪切变稀)聚合物熔体流动特点聚合物熔体流动特点现在学习的是第5页,共54页3.2 牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 1、牛顿流体:、牛顿流体:v剪切形变剪切形变,剪切应力剪切应力v切变速率切变速率v牛顿流动定律:牛顿流动定律:v牛顿流体:水、甘油、高分子稀溶液。牛顿流体:水、甘油、高分子稀溶液。v牛顿粘度牛顿粘度(绝对粘度绝对粘度):反映液体流动阻力,单位:反映液体流动阻力,单位PaSv凡流凡流动动行行为为符合牛符合牛顿顿流流动动定律的流体,称定律的流体,称为为牛牛顿顿流体。牛流体。牛顿顿流体的粘度流体的粘度仅仅与流体分子的与流体分子的结结构和温度有关,与切构和温度有
5、关,与切应应力和切力和切变变速率无关。速率无关。现在学习的是第6页,共54页现在学习的是第7页,共54页高聚物流体高聚物流体弹性:分子链构象不断变化弹性:分子链构象不断变化粘性:流动中分子链相对移动粘性:流动中分子链相对移动非牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示K,n=const.2、非牛顿流体、非牛顿流体现在学习的是第8页,共54页稠度指数稠度指数K和流动指数和流动指数n流动指数 n 亦称非牛顿指数非牛顿指数,表示该种流体与牛顿流体的偏差程度n=1,牛顿流体n与1相差越大,偏离牛顿流体的程度越强n 1,膨胀性流体n 1,假塑性流体现在学习的是
6、第9页,共54页表观粘度表观粘度牛顿流体牛顿流体牛顿流体牛顿流体,粘度粘度粘度粘度非牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体,定义表观粘度定义表观粘度表观粘度与形变速率有关表观粘度与形变速率有关现在学习的是第10页,共54页非牛顿流体非牛顿流体v许许多多液液体体包包括括聚聚合合物物的的熔熔体体和和浓浓溶溶液液,聚聚合合物物分分散散体体系系(如如胶胶乳乳)以以及及填填充充体体系系等等并并不不符符合合牛牛顿顿流流动动定定律律,这这类类液体液体统统称称为为非牛非牛顿顿流体流体。宾汉宾汉流体:需要最小切应力。如油漆、沥青。流体:需要最小切应力。如油漆、沥青。假塑性流体:切力变稀,大多数聚合物熔体。假塑性
7、流体:切力变稀,大多数聚合物熔体。膨胀性流体:切力变稠,胶乳、悬浮体系等。膨胀性流体:切力变稠,胶乳、悬浮体系等。(非牛顿流体粘度变化)定义表现粘度(非牛顿流体粘度变化)定义表现粘度a。v表现粘度随时间变化:表现粘度随时间变化:触触变变体体:随随t而而增增加加而而减减小小;内内部部物物理理结结构构的的破破坏坏;胶冻,油漆、有炭黑的橡胶。胶冻,油漆、有炭黑的橡胶。触凝体:触凝体:随随t而增加而增大;某种结构的形成。(饱和而增加而增大;某种结构的形成。(饱和聚酯少见)聚酯少见)现在学习的是第11页,共54页剪切应力与剪切速率的关系剪切应力与剪切速率的关系理想宾汉流体理想宾汉流体假塑性流体假塑性流体
8、膨胀性流体膨胀性流体牛顿流体牛顿流体现在学习的是第12页,共54页表观粘度和剪切速率的关系表观粘度和剪切速率的关系理想宾汉流体理想宾汉流体假塑性流体假塑性流体膨胀性流体膨胀性流体牛顿流体牛顿流体现在学习的是第13页,共54页现在学习的是第14页,共54页假塑性流体和膨胀性流体假塑性流体:假塑性流体:粘度随剪切速率或剪切应力的粘度随剪切速率或剪切应力的增加而下降的流体增加而下降的流体(大部分聚合物熔体是假塑大部分聚合物熔体是假塑性流体性流体)。WHY:用缠结理论解释。用缠结理论解释。膨胀性流体:膨胀性流体:粘度随剪切速率或剪切应力的增粘度随剪切速率或剪切应力的增加而上升的流体。加而上升的流体。W
9、HY:用体积膨胀理论来解用体积膨胀理论来解释。释。现在学习的是第15页,共54页聚合物的粘性流动现在学习的是第16页,共54页表观粘度和剪切速率的关系表观粘度和剪切速率的关系 0 第一牛顿区第一牛顿区幂律区(假塑区)幂律区(假塑区)第二牛顿区第二牛顿区现在学习的是第17页,共54页实际聚合物熔体分三个区域实际聚合物熔体分三个区域 1、第一牛、第一牛顿顿区区低切低切变变速率,曲速率,曲线线的斜率的斜率n1,符合牛,符合牛顿顿流流动动定律。定律。该该区的粘度通常称区的粘度通常称为为零切粘度零切粘度 ,即切,即切变变速率速率的粘度。的粘度。2、假塑性区、假塑性区(非牛非牛顿顿区区)流流动动曲曲线线的
10、斜率的斜率nt*:黏性形黏性形变为变为主主1.tTf极极性性刚刚性性现在学习的是第28页,共54页WLFparameters适用范围:适用范围:TgTg+100WLF方程方程现在学习的是第29页,共54页3.4.2 剪切速率剪切速率第一牛顿区第二牛顿区假塑区n=1n=1n 1v多数高分子的表观粘度随多数高分子的表观粘度随剪切速率的增加而下降,剪切速率的增加而下降,是进行粘度调节的重要手是进行粘度调节的重要手段段v柔性大的高分子一般剪切柔性大的高分子一般剪切敏感性高敏感性高Universalflowcurveofpolymers现在学习的是第30页,共54页温敏性和切敏性高分子温敏性和切敏性高分
11、子v柔性大的高分子一般剪切敏柔性大的高分子一般剪切敏感性高感性高,如如PEv极性大、刚性大的高分子一般极性大、刚性大的高分子一般温度敏感性高温度敏感性高,如如PC,PMMA2.42.22.01.8234CellulosePSPMMAPCPEPOMPVC1/T 103(K1)loga(Pas)0123234Chloride polyetherPEPSCellulosePCloga(Pas)(s1)现在学习的是第31页,共54页3.4.3 分子量和分子量分布分子量和分子量分布M log0临界缠结分临界缠结分子量子量 线型聚合物出现高弹平台的临界分子量线型聚合物出现高弹平台的临界分子量现在学习的是第
12、32页,共54页粘度的分子量依赖性的解释粘度的分子量依赖性的解释分子量分子量M大大,分子链越长,链段数越多,要这么多的链段,分子链越长,链段数越多,要这么多的链段协同起来朝一个方向运动相对来说要难些。此外,分子链协同起来朝一个方向运动相对来说要难些。此外,分子链越长,分子间发生缠结作用的几率大,从而流动阻力增大,越长,分子间发生缠结作用的几率大,从而流动阻力增大,粘度增加。粘度增加。When MMc现在学习的是第33页,共54页分子量和分子量分布的影响分子量和分子量分布的影响logWide MWDNarrow MWDlogHigh MWLow MWRubber:200000PlasticsFi
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