第四章聚合物流变学基础优秀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一页,本课件共有45页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 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)第二页,本课件共有45页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回复影响本质是熵
2、回复故 柔性分子链对剪切敏感 刚性分子链对温度敏感第三页,本课件共有45页剪切速率剪切速率 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 第四页,本课件共有45页 温度温度第五页,本课件共有45页压力压力 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性比普通流体大得多。缩性比普通流体大得多。聚聚合合物物在在高高压压下下体体积积
3、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缩短短,链链段段活活动动范范围围减减小小,分分子子间间作作用用力力增增大大,粘粘度度增增大。大。b:压力系数:压力系数第六页,本课件共有45页单纯通过压力来提高聚合物的流动性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是不恰当的。过大的压力会造成功率消耗过大和设备的磨损,甚至使塑料消耗过大和设备的磨损,甚至使塑料熔体变得象固体而不能流动,不易成熔体变得象固体而不能流动,不易成型。型。第七页,本课件共有45页分子量分子量分子量越大,粘度越高13.4Mclog 0log MwMWMC,不产生缠结 MWMC,产生缠结第八页
4、,本课件共有45页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 siloxane)(25C)
5、第九页,本课件共有45页高下,M对的影响减小(解缠结)lglgM1M2M1M2第十页,本课件共有45页分子量分布分子量分布Log viscosity BroadNarrowlog shear rate(sec-1)第十一页,本课件共有45页支化支化短支化链:不缠结,且增大分子间距,降低长支化链:加剧缠结,增加第十二页,本课件共有45页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十三页,本课件共有45页105103101(sec-1)10-2 100 102 104长支化线形()(Pa
6、.s)支化对剪切敏感性的影响第十四页,本课件共有45页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。第十五页,本课件共有45页LP0DePD毛细管半径固定为D以不同流速挤出熔体测定压力(3)毛细管流变仪第十六页,本课件共有45页高压毛细管流变仪第十七页,本课件共有45页LDPELDPE粘度曲线粘度曲线 第十八页,本课件共有45页(4)混炼型流变仪第十九页,本课件共有45页第二十页,本课件共有45页PVC流变曲线图流变曲线图加料峰加料峰加料峰加料峰(
7、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)第二十一页,本课件共有45页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 第二十二页,本课件共有45页粘度测量过程图粘度测量过程图 第二十三页,本课件共有45页德国哈克转矩流变仪第二十四页,本课件共有45页不同配方共混料的粘度曲线第二十五页,本课件共有45页3 3 弹性表现弹性表现 在在在在生生生生产产产产过过过过程程程程中中中中
8、,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件、制品设计、设备和原料选择不当等造成的。条件、制品设计、设备和原料选择不当等造成的。条件、制品设计、设备和原料选择不
9、当等造成的。条件、制品设计、设备和原料选择不当等造成的。第二十六页,本课件共有45页(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:在较低剪切速率下在较低剪切速率下,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,粘度对剪切速率粘度对剪切速率有较大的依赖性有较大的依赖性,剪切速率增大剪切速率增大,下降,管壁附近剪切速率
10、高下降,管壁附近剪切速率高,其其粘度更低粘度更低,更易流动。更易流动。第二十七页,本课件共有45页 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,时时粘粘、时时滑滑,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同同一一种种样样品
11、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参数来减轻这种现象。备参数来减轻这种现象。第二十八页,本课件共有45页(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,使压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力降突然增大的现象称为入口效应入口效应
12、。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小管小管管径。在这段的压力降比计算值大,此段以后才会出管径。在这段的压力降比计算值大,此段以后才会出现稳态流动。现稳态流动。第二十九页,本课件共有45页在料筒末端转角处,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,角越小,越容易产生涡流。角越小,越容易产生涡流。入口模型:入口模型:第三十页,本课件共有45页产生入口效应的原因:产生入口效应的原因:(a)(a)速度重排速度重排
13、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有有有抵抵抵抵抗抗抗抗能能
14、能能力力力力,因此造成能量消耗,即消耗适当的应力降。因此造成能量消耗,即消耗适当的应力降。因此造成能量消耗,即消耗适当的应力降。因此造成能量消耗,即消耗适当的应力降。以以上上两两种种原原因因使使压压力力降降与与计计算算式式中中的的压压力力降降不不符符,一一般般以以加加大大长长度度的的办办法法来来调调整整压压力力降降造造成成的的能量损失(根据流量计算式)能量损失(根据流量计算式)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。第三十一页,本课件共有45页出口效应(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
15、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缩收缩收缩收缩,无膨胀)无膨胀)无膨胀)无膨胀)第三十二页,本课件共
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