高分子流变学优秀PPT.ppt

《高分子流变学优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高分子流变学优秀PPT.ppt（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院高分子流变学高分子流变学汇报人：汇报人：蒋礼斌蒋礼斌材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院流变学的概念流变学的概念 高聚物流变现象高聚物流变现象 聚合物链的运动学模型聚合物链的运动学模型自己的探讨内容自己的探讨内容4123材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院1.流变学概念流变学概念v流变学是什么？流变学是什么？流变学是一门探讨材料流淌和变形规律的科学。高分子材流变学是一门探讨材料流淌和变形规律的科学。高分子材料流变学是探讨高分子液体，主要是指高分子熔体、高分料流变学是探讨高分子液体，主要是指高分子熔体、高分子溶液，在流淌状态下的非线性粘

2、弹行为，以及这种粘弹子溶液，在流淌状态下的非线性粘弹行为，以及这种粘弹行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。（这里说行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。（这里说的材料既包括流体形态的物质，也包括固体形态的物质）的材料既包括流体形态的物质，也包括固体形态的物质）依据经典流体力学理论，不行压缩志向流体的流淌为纯粘依据经典流体力学理论，不行压缩志向流体的流淌为纯粘性流淌，在很小的剪切应力作用下流淌马上发生，外力释性流淌，在很小的剪切应力作用下流淌马上发生，外力释去后，流淌马上停止，但粘性形变不行复原。切变速率不去后，流淌马上停止，但粘性形变不行复原。切变速率不大时，切应力与切边速率呈线性关

3、系，遵循牛顿粘性定律，大时，切应力与切边速率呈线性关系，遵循牛顿粘性定律，且应力与应变本身无关。且应力与应变本身无关。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院牛顿流体与胡克弹性体是两类性质被简化的抽象物体牛顿流体与胡克弹性体是两类性质被简化的抽象物体依据经典固体力学理论，在极限应力范围内，各向同依据经典固体力学理论，在极限应力范围内，各向同性的志向弹性固体的形变为瞬时间发生的可逆形变。性的志向弹性固体的形变为瞬时间发生的可逆形变。应力与应变呈线性关系，听从胡克弹性定律，且应力应力与应变呈线性关系，听从胡克弹性定律，且应力与应变速率无关。与应变速率无关。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工

4、程学院实际材料v实际材料常常表现出困难的力学性质，如橡胶、石油、沥实际材料常常表现出困难的力学性质，如橡胶、石油、沥青等，它们既能流淌，又能变形，既有粘性又有弹性；变青等，它们既能流淌，又能变形，既有粘性又有弹性；变形中会发生粘性损耗，流淌时又有弹性记忆效应，粘弹性形中会发生粘性损耗，流淌时又有弹性记忆效应，粘弹性结合，流变性共存。对于这类材料，仅用牛顿定律与胡克结合，流变性共存。对于这类材料，仅用牛顿定律与胡克定律已无法全面描述其困难力学响应规律，因此必需发展定律已无法全面描述其困难力学响应规律，因此必需发展一门学科一门学科流变学对其进行探讨。流变学对其进行探讨。v因此所谓流变性实质就是因此

5、所谓流变性实质就是“固固液两相性液两相性”同存，是一同存，是一种种“粘弹性粘弹性”表现。表现。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.具体到聚合物熔体流变现象具体到聚合物熔体流变现象1.剪切变稀现象剪切变稀现象2.Weissenberg效应效应3.挤出胀大现象挤出胀大现象4.不稳定流淌和熔体裂开现象不稳定流淌和熔体裂开现象5.无管虹吸效应无管虹吸效应材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.1.2.1.剪切变稀现象剪切变稀现象 对大多数高分子液体而言，即使温度不发生变更，粘度会随着对大多数高分子液体而言，即使温度不发生变更，粘度会随着剪切速率（或剪切应力）的增大而下降，这种现象就

6、是典型的剪切剪切速率（或剪切应力）的增大而下降，这种现象就是典型的剪切变稀现象。变稀现象。一对短管和一对长管中装有静止粘度相等的液体，一种为牛顿一对短管和一对长管中装有静止粘度相等的液体，一种为牛顿型液体（记为型液体（记为N N），如甘油的水溶液，一种为高分子溶液（记为），如甘油的水溶液，一种为高分子溶液（记为P P），），如聚丙烯酰胺的水溶液。每对管中液面的初始高度相同。打开底部如聚丙烯酰胺的水溶液。每对管中液面的初始高度相同。打开底部的阀门，令其从短管中流出时，由于两种液体粘度相等，可以看到的阀门，令其从短管中流出时，由于两种液体粘度相等，可以看到两管液体几乎同时流尽。而令其从长管中流出时

7、，发觉装有高分子两管液体几乎同时流尽。而令其从长管中流出时，发觉装有高分子液体的管中液体流淌速度渐渐变快，管中的液体首先流尽，这是液体的管中液体流淌速度渐渐变快，管中的液体首先流尽，这是因为高分子液体在重力作用下发生因为高分子液体在重力作用下发生“剪切变稀剪切变稀”效应的原因。效应的原因。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.2.Weissenberg效应效应 与牛顿流体不同，盛在容器中的高分子液体，当插入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁旁边，反而环绕在旋转棒旁边，出现沿棒向上爬的爬杆现象这种现象称Weissenberg效应，又称包轴现象测量容器中、两点的压力，对牛顿型流

8、体PAPB。出现这种现象的缘由被归结为高分子液体是一种具有弹性的液体。在旋转流淌时，具有弹性的大分子链会沿着圆周方向取向和出现拉伸变形，从而产生一种朝向轴心的压力迫使液体沿棒爬升。在全部流线弯曲的剪切流场中高分子流体元除了受到剪切应力外（变现为粘性），还存在法向应力差效应（表现为弹性）。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.3.挤出胀大现象挤出胀大现象 挤出胀大现象又称口型膨胀效应或挤出胀大现象又称口型膨胀效应或Barus效应，是指高分子熔效应，是指高分子熔体被强迫挤出口，时挤出物尺寸体被强迫挤出口，时挤出物尺寸dj大于口模尺寸大于口模尺寸D，截面形态也发，截面形态也发生变更的现象。

9、生变更的现象。牛顿流体不具有这种效应或只有很弱的口型变更效应牛顿流体不具有这种效应或只有很弱的口型变更效应,而高分而高分子流体的口型膨胀相当显著。其产生缘由归结为高分子熔体有弹性子流体的口型膨胀相当显著。其产生缘由归结为高分子熔体有弹性记忆实力所致。熔体在进入口模时，受到猛烈的拉伸和剪切形变，记忆实力所致。熔体在进入口模时，受到猛烈的拉伸和剪切形变，其中拉伸形变属于弹性形变，这些形变在口模中只有部分得到松弛，其中拉伸形变属于弹性形变，这些形变在口模中只有部分得到松弛，剩余部分在挤出口模后发生弹性回复，出现挤出胀大现象。剩余部分在挤出口模后发生弹性回复，出现挤出胀大现象。消退方法：上升挤出消退方

10、法：上升挤出温度或降低挤出速度温度或降低挤出速度或在体系中加入填料或在体系中加入填料使高分子熔体弹性形使高分子熔体弹性形变减小从而减轻挤出变减小从而减轻挤出胀大效应胀大效应材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.4.不稳定流淌和熔体裂开现象不稳定流淌和熔体裂开现象 试验表明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速度（或应力）过高，超过某一临界剪切速度 c（或临界剪切应力 c）就简洁出现弹性湍流，导致流淌不稳定，挤出物表面粗糙。随着挤出速度的增大，可能分别出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最终导致完全无规则的挤出物断裂，称之为熔体裂开现象。虽然关于发生熔体裂开的机理目前尚无统一相识，但

11、各种假定都认为，这也是高分子熔体弹性行为的典型表现。熔体裂开现象影响着高分子材料加工的质量和产率的提高（受临界剪切速率 c的影响），平均分子量大的简洁发生溶体裂开。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院2.5.无管虹吸效应无管虹吸效应 对牛顿型流体，已知当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象马上终止。而对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称无管虹吸效应。其产生缘由主要与高分子液体的弹性行为有关，这种弹性性质使之简洁产生拉伸流淌，而且拉伸液体的自由表面相当稳定。试验表明，高分子溶液和熔体都有这种性质，因而

12、能产生稳定连续的拉伸形变，具有良好的纺丝和成膜实力 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院3.聚合物链的运动学模型聚合物链的运动学模型流体力学相互作用就是考虑了流体力学相互作用就是考虑了monomer-solvent-monomer之之间的相互作用，比如一个间的相互作用，比如一个bead（effectivemonomer）在溶剂中运）在溶剂中运动的时候，会带动旁边动的时候，会带动旁边solvent的运动，而的运动，而solvent的运动又会带动的运动又会带动四周四周bead的运动，之后这些的运动，之后这些bead又回过头来反作用于又回过头来反作用于solvent，之，之后再作用于后再作用

13、于bead，循环往复，无休无止。其实是一个多体问题，循环往复，无休无止。其实是一个多体问题，目前数学上还没有方法精确求解，只能用近似的方法，目前主要目前数学上还没有方法精确求解，只能用近似的方法，目前主要有非缠结聚合物链的运动模型（有非缠结聚合物链的运动模型（Rousemodel/Zimmmodel）和）和缠结聚合物链的运动模型（缠结聚合物链的运动模型（tube/reptationmodel）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院布朗运动布朗运动q布朗运动的一些重要规律布朗运动的一些重要规律q当一个物体在流体中作布朗无规运动时，假如流体的摩擦系数当一个物体在流体中作布朗无规运动时，假如流

14、体的摩擦系数是是q依据依据Einstein公式，可得到扩散系数的关系式：公式，可得到扩散系数的关系式：D=kT/q什么是布朗运动？什么是布朗运动？q分子运动的最基本方式是无规运动，由分子运动的最基本方式是无规运动，由英国生物学家布朗所发觉。英国生物学家布朗所发觉。q布朗运动遵循的基本规律：在不同时间布朗运动遵循的基本规律：在不同时间尺度内的运动轨迹的均方位置与时间成尺度内的运动轨迹的均方位置与时间成正比（正比（D为扩散系数）：为扩散系数）：材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院布朗运动布朗运动q当当一一个个直直径径为为R的的球球形形物物体体运运动动了了一一个个相相当当于于自自身身尺尺寸寸

15、R的的位位移移时时，所所须须要要的的时时间间是是描描述述该该物物体体运运动动的的一一个个重重要要的的时时间间尺度，被称为松弛时间：尺度，被称为松弛时间：qRR2/DRR2/kTq假假如如球球形形物物体体在在牛牛顿顿流流体体中中作作布布朗朗运运动动，其其摩摩擦擦系系数数与与物物体体尺寸和流体的粘度有关。尺寸和流体的粘度有关。qStokes于于1880年提出了年提出了Stokes定律来确定其关系式：定律来确定其关系式：=6Rq结合上式可得到扩散系数与物体尺寸的结合上式可得到扩散系数与物体尺寸的StokesEinstein公式：公式：qD=kT/6Rq通过测定扩散系数得到的物体尺寸为流体力学尺寸：通

16、过测定扩散系数得到的物体尺寸为流体力学尺寸：qRh=kT/6D材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Rouse modelRouse模型也称为模型也称为bead-springmodel，其认为高分子之，其认为高分子之间的链接由步长固定的间的链接由步长固定的bond变成了可涨落的变成了可涨落的spring，monomer则被简化为则被简化为bead，而在模型中仅仅考虑，而在模型中仅仅考虑monomer跟跟solvent之间的摩擦，忽视了之间的摩擦，忽视了hydrodynamicinteraction（流体学相互作用），（流体学相互作用），Rouse模型将由模型将由N个尺寸为个尺寸为b的单元

17、组成的聚合物链描的单元组成的聚合物链描述为：由长度为述为：由长度为b的弹簧将的弹簧将N个球形物体串连形成的弹簧珠个球形物体串连形成的弹簧珠串。串。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Rouse modelq由由Rouse模型模型描述的弹簧珠串式分子链被称为描述的弹簧珠串式分子链被称为Rouse链链。q假设每个球形物体的摩擦系数为 ，所受到的摩擦力相互独立。假定链运动时流体自由穿过，则Rouse链链的摩擦系数为：R=N qRouse链链的扩散系数为：DR =k T/R=k T/N qRouse链链的松弛时间为：R Rg2/DR Rg2 R /kT材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学

18、院Rouse modelRouse链的松弛时间也被称为链的松弛时间也被称为Rouse时间，其具有很重要的意义：时间，其具有很重要的意义：小于小于Rouse时间时，聚合物链运动仅表现内部单元的扩散运动；时间时，聚合物链运动仅表现内部单元的扩散运动；大于大于Rouse时间时，聚合物链运动为整条链的简洁扩散运动。时间时，聚合物链运动为整条链的简洁扩散运动。用用Rouse模型描述聚合物链的松弛时间：模型描述聚合物链的松弛时间：每一个球形物体扩散至其自身尺寸所需的时间为基本松弛每一个球形物体扩散至其自身尺寸所需的时间为基本松弛时间，（相当于聚合物链的时间，（相当于聚合物链的Kuhn单元的松弛时间，即单元

19、的松弛时间，即Kuhn松弛松弛时间）：时间）：0b2/kT依据聚合物链均方末端距的普适表达式依据聚合物链均方末端距的普适表达式R=bNv，可将，可将Rouse链链的松弛时间改写为：的松弛时间改写为：RNR2/kT=b2N1+2v/kT0N1+2v对于志向链，其对于志向链，其Rouse模型的松弛时间为：模型的松弛时间为：R0N20N20b2/kT材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Rouse modelq依据依据Stocks定律，聚合物链中的每一个定律，聚合物链中的每一个Kuhn单元的摩擦系数单元的摩擦系数可表示为：可表示为：qbq则志向链的每一个单元的则志向链的每一个单元的Rouse模

20、型松弛时间可表示为：模型松弛时间可表示为：q0b2/kTb3/kTq则整条志向链的则整条志向链的Rouse模型松弛时间可表示为：模型松弛时间可表示为：qR0N20N2b3/kTq依据橡胶熵弹性原理，依据橡胶熵弹性原理，Rouse链在松弛时间链在松弛时间时的松弛模量为：时的松弛模量为：qG（）kTn/VkTn/nNV0kT/NV0qR=G（）R=(kT/NV0)(N2b2/kT)=Nb2/V0材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Zimm modelZimmen模型把模型把bead连同四周的溶剂一起看成一个实心球，连同四周的溶剂一起看成一个实心球，认为高分子溶质不能被完全透过。认为高分子溶

21、质不能被完全透过。聚合物链运动时不仅具有来自弹簧对球形物体的拖动，还有四周流聚合物链运动时不仅具有来自弹簧对球形物体的拖动，还有四周流体因为流体力学相互作用的粘滞而被拖曳随链共同运动；体因为流体力学相互作用的粘滞而被拖曳随链共同运动；Zimm模型适用于对聚合物链在稀溶液中运动的描述。模型适用于对聚合物链在稀溶液中运动的描述。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Zimm modelZimm模型描述聚合物链运动的数学模型：在溶剂中，聚合物链是以一个半径为R、且扩张体积中包含溶剂的线团作为整体进行运动的，其摩擦力为：z z R由Einstein公式可得Zimm链的扩散系数为 Dz=k T/z

22、 Stokes定律来确定其关系式：z=6R(球的体积影响)依据聚合物链均方末端距的普适表达式R=b Nv，可将Zimm链的松弛时间改写为：z=R2/Dz=R2 z/k T=6 R3/k T =6b 3N1.8/k T Zimm链的扩散系数为 Dz=k T/z=k T/6b N0.6=G（）z=(k T /N V0)6b 3N1.8/k T=6b 3N0.8/V0 R=b N0.6材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院非缠结聚合物链运动学模型非缠结聚合物链运动学模型qRouse模模型型和和Zimm模模型型都都属属于于非非缠缠结结聚聚合合物物链链运运动动学学模模型，这两个模型存在两个重要的局

23、限性型，这两个模型存在两个重要的局限性qRouse模模型型仅仅限限于于聚聚合合物物熔熔体体的的应应用用，因因为为在在熔熔体体中中的的聚聚合合物物链链的的流流体体力力学学相相互互作作用用被被屏屏蔽蔽（解解除除体体积积相相互互作作用用被屏蔽），而且该聚合物学模型限于无缠结的短链分子。被屏蔽），而且该聚合物学模型限于无缠结的短链分子。qZimm模模型型仅仅限限运运用用于于稀稀溶溶液液体体系系，其其中中聚聚合合物物扩扩张张体体积积中中包包含含的的溶溶剂剂通通过过流流体体力力学学相相互互作作用用与与聚聚合合物物链链相相互互关关联。联。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Tube/Reptatio

24、n modelq在在熔熔体体中中，聚聚合合物物链链的的流流体体力力学学相相互互作作用用虽虽然然被被屏屏蔽蔽，但但链链与与链链之之间间存在存在缠结问题缠结问题，不能，不能简洁简洁地用地用Rouse模型来描述。模型来描述。q聚聚合合物物链链的的缠缠结结问问题题可可通通过过Edwards管管模模型型来来描描述述：四四周周聚聚合合物物链链的的局局部部约约束束，将将分分子子链链阻阻碍碍在在管管状状区区域域（受受限限管管）内内的的运运动动，但但分分子子链链沿沿管管轮轮廓廓（原原始始路路径径）的的运运动动则则不不会会受受到到该该作作用用的的阻阻碍碍，而而垂垂直直于于原原始始路路径径方方向向的的单单元元位位移

25、移则则被被四四周周分分子子链链限限制制在在了了平平均均管管径径为为a的的范范围围之之内内。尺尺寸寸相相当当于于横横向向涨涨落落振振幅幅（管管径径）的的网网链链中中的的Kuhn单单元元数数为为Ne，即即缠缠结结网网链链中的中的单单元数。元数。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院q对对于于聚聚合合物物熔熔体体，链链的的解解除除体体积积被被完完全全屏屏蔽蔽，受受限限管管直直径径可可按按志向链的公式来计算：志向链的公式来计算：qa=Ne0.5bq整个模型管是由整个模型管是由N/Ne个直径为个直径为a的管件组成；的管件组成；q缠缠结结的的聚聚合合物物链链即即可可认认为为是是缠缠结结网网链链（直直

26、径径为为a的的管管件件）的的无无规规行走，也可能认为是单元的无规等：行走，也可能认为是单元的无规等：Ra（N/Ne）0.5bN0.5q受限管的轮廓长度为：受限管的轮廓长度为：a（N/Ne）b2N/abN/Ne0.5q缠缠结结的的长长聚聚合合物物链链（NNe）应应力力松松弛弛的的一一个个重重要要特特点点：在在松松弛弛过过程程中中存存在在一一个个宽宽时时区区，在在该该时时区区内内松松弛弛模模量量不不随随松松弛弛时时间间的的变变更更而而变变更更，该该区区域域被被称称为为“橡橡胶胶平平台台区区”，松松弛弛模模量量被被称称为为“平台模量平台模量Ge”。Tube/Reptation model材料科学与化

27、学工程学院材料科学与化学工程学院q爬行管（爬行管（Reptation）模型）模型描述熔体中缠结聚合物链运动的描述熔体中缠结聚合物链运动的最简洁的运动学模型，由法国科学家最简洁的运动学模型，由法国科学家deGennes于于1971年提出。年提出。q熔体中的聚合物链受到缠结作用的影响，其分子链的运动呈现熔体中的聚合物链受到缠结作用的影响，其分子链的运动呈现一种在受限管内的曲线运动方式，就象蛇在细管内爬行一样。一种在受限管内的曲线运动方式，就象蛇在细管内爬行一样。q链的曲线扩散系数为：链的曲线扩散系数为：qDe=kT/R=kT/Nq链在受限管内的爬行时间为：链在受限管内的爬行时间为：qRep2/De

28、=b2N3/NekTq=（b2Ne2/kT）（）（N/Ne）3q=e（N/Ne）3q一条缠结网链的一条缠结网链的Rouse松弛时间为：松弛时间为：qeN2eb2/kTN=NeTube/Reptation model材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院q当当聚聚合合物物链链从从受受缠缠结结的的管管内内爬爬行行状状态态运运动动至至不不受受缠缠结结的的无无规规线团状态的扩散系数为：线团状态的扩散系数为：qDrep=（length）2/Rep=（R）2/Rep=Nb2/e（N/Ne）3qDrep=(Neb2/e)（N/Ne）2=（N/Ne）2Deqrep=G（）Rep=（nkT/V）Rep=（

29、nkT/nNeV0）Repq=（kT/NeV0）e（N/Ne）3q=e（N/Ne）3eN2eb2/kTDe=kT/NeeN2eb2/kTe=（kT/NeV0）eTube/Reptation model材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院对于长度小于受限管径对于长度小于受限管径a的的链链段，段，其运动形式遵循的其运动形式遵循的Rouse模型，计算模型，计算得到相关的松弛时间和松弛模量得到相关的松弛时间和松弛模量Ge/G0=（t/0）-0.50te当当松松弛弛时时间间达达到到t=e时时，聚聚合合物物链链的的运运动动起起先先受受到到四四周周其其它它分分子子链链的的缠缠结结效效应应的的影影响响

30、，此此时时的的分分子子链链运运动动进进入入受受限限管管内内的爬行运动状态。的爬行运动状态。当聚合物链运动时间从缠结网链松弛当聚合物链运动时间从缠结网链松弛e到链爬行松弛时间到链爬行松弛时间rep的时间范围内，链的运动完全在受限管内的爬行运动，因此，其松的时间范围内，链的运动完全在受限管内的爬行运动，因此，其松弛过程会出现推迟（出现松弛模量短暂不变的橡胶平台）现象。弛过程会出现推迟（出现松弛模量短暂不变的橡胶平台）现象。当聚合物链运动时间超过到链爬行松弛时间当聚合物链运动时间超过到链爬行松弛时间rep后，为整条分后，为整条分子链的滑移运动，模量快速下降子链的滑移运动，模量快速下降材料科学与化学工

31、程学院材料科学与化学工程学院Tube/Reptation modelReptation模型可以用于说明高分子量的缠结体系动力模型可以用于说明高分子量的缠结体系动力学，能够说明一些试验上的观测到的现象，但是其忽视了学，能够说明一些试验上的观测到的现象，但是其忽视了tubefluctuation以及以及chainleakage等效应，导致理论预料结果等效应，导致理论预料结果并不与试验上的完全一样。很多量都与链长存在标度关系，并不与试验上的完全一样。很多量都与链长存在标度关系，诸如粘度，松弛时间，扩散系数等，对于诸如粘度，松弛时间，扩散系数等，对于Reptationmodel，其粘度正比于其粘度正比

32、于N的立方，松弛时间正比于的立方，松弛时间正比于N的立方，扩散系数的立方，扩散系数正比于正比于N的负二次方。的负二次方。DoiEdwards管模型是第一个描述缠结链粘弹性的运动管模型是第一个描述缠结链粘弹性的运动学模型，该模型的一个重要的缺陷是在短时标内忽视了管长学模型，该模型的一个重要的缺陷是在短时标内忽视了管长度的涨落（它会在更短时间尺度上松弛掉一部分应力）度的涨落（它会在更短时间尺度上松弛掉一部分应力）。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院挤出成型出成型1.挤出成型的定义挤出成型的定义2.挤出成型在聚合物加工中的地位挤出成型在聚合物加工中的地位3.挤出成型的两个阶段挤出成型的两个

33、阶段4.挤出成型的分类挤出成型的分类材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院挤出成型的定出成型的定义 挤出成型亦称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压挤出成型亦称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物物料在压力推动下，强行通过口模作用，使受热熔化的聚合物物料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的成型方法。而成为具有恒定截面的连续型材的成型方法。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 它可用于挤出塑料制品，如管材、板材、棒材、片材、它可用于挤出塑料制品，如管材、板材、棒材、片材、薄膜。各种异型材以及塑料和其它材料的复合物等，也常薄膜。各种异型

34、材以及塑料和其它材料的复合物等，也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等。用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等。在合成树脂生产中，挤出机可作为反应器，连续完成聚合在合成树脂生产中，挤出机可作为反应器，连续完成聚合和成型加工。和成型加工。橡胶挤出橡胶挤出压出压出 合成纤维合成纤维螺杆挤出纺丝螺杆挤出纺丝 塑料挤出塑料挤出主要以热塑性塑料为主主要以热塑性塑料为主材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院挤出成型在聚合物加工中的地位出成型在聚合物加工中的地位突出的优点突出的优点（1）塑塑化化实实力力强强（一一台台200挤挤出出机机产产量量可可达达700kg/小小时时，德

35、德国国500挤出机产量高达挤出机产量高达20t/小时小时.）（2）生产效率高（适于大批量生产）生产效率高（适于大批量生产）（3）材材料料适适应应宽宽（广广泛泛应应用用于于塑塑料料、橡橡胶胶、合合成成纤纤维维的的成成型型加加工工，也也常常用用于于塑塑料料的的着着色色、混混炼炼、塑塑化化、造造粒粒及及塑塑料料的的共共混混改改性等）性等）（4）产产品品范范围围大大，产产品品形形态态多多样样（能能生生产产管管材材、棒棒材材、板板材材、薄薄膜膜、单单丝丝、电电线线、电电缆缆、异异型型材材，以以及及中中空空制制品品等等截截面面形形态态单单一的制品）一的制品）设备简洁设备简洁,投资少投资少,见效快见效快近近

36、80的的塑塑料料材材料料须须要要挤挤出出成成型型，挤挤出出设设备备广广泛泛用用于于塑塑料料材材料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其他加工方法的基础。料的塑化、熔体输送和泵送加压，从而成为其他加工方法的基础。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院挤出出过程可分程可分为两个两个阶段段 第一个阶段是使固态塑料塑化(即变成粘性流体)并在加压状况下使其通过特殊形态的口模而成为截面与口模形态相仿的连续体；其次阶段则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制品。玻璃态玻璃态 高弹态高弹态 粘流态粘流态粘流态粘流态 高弹态高弹态 玻璃态玻璃态材料科学与化学工程学院材料科学与化

37、学工程学院第一阶段第一阶段 固体输送、固体熔融、固体混合、固体泵送固体输送、固体熔融、固体混合、固体泵送其次阶段其次阶段 口模成型、制品定型、制品冷却、制品切割。口模成型、制品定型、制品冷却、制品切割。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院挤出成型的分出成型的分类 按塑化方式分类：干法挤出、湿法挤出：按塑化方式分类：干法挤出、湿法挤出：按螺杆数目：单螺杆、双螺杆、多螺杆；按螺杆数目：单螺杆、双螺杆、多螺杆；按对塑料的加压方式不同：连续式（螺杆挤出机）、间歇式按对塑料的加压方式不同：连续式（螺杆挤出机）、间歇式（柱塞式挤出机）（柱塞式挤出机）按安装方式：立式、卧式。按安装方式：立式、卧式。

38、材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院干法和湿法干法和湿法 干法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，而塑化和加压可在同一个设备内进行。其定型处理仅为简洁的冷却。湿法的塑化则是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压必需分为两个独立的过程，而且定型处理必需接受比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。它的适用范围仅限于硝酸纤维素和少数醋酸纤维素塑料的挤出。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院连续和和间歇歇 连连续续工工艺艺所所用用设设备备为为螺螺杆杆挤挤出出机机，塑塑料料熔熔化化的的同同时时，受受螺螺杆杆的的搅搅拌拌而而匀匀整整分分散散，并并不不断断前前进进，最最终终在在口模处被挤到机外而

39、形成连续体，冷却即成产品。口模处被挤到机外而形成连续体，冷却即成产品。间间歇歇工工艺艺为为柱柱塞塞式式挤挤出出机机。操操作作时时，先先将将一一批批已已经经塑塑化化好好的的塑塑料料放放在在料料筒筒内内，而而后后借借柱柱塞塞的的压压力力将将塑塑料料挤挤出出口口模模以以外外，料料筒筒内内塑塑料料挤挤完完后后，即即应应退退出出柱柱塞塞以以便便进进行行下下一一次次操操作作。优优点点是是能能赐赐予予塑塑料料以以较较大大的的压压力力，缺缺点点则则是是操操作作的的不不连连续续性性，而而且且物物料料还还要要预预先先塑塑化化，只只有有在在挤挤压压聚聚四四氟氟乙乙烯烯塑塑料料和和硬硬聚聚氯氯乙乙烯烯大大型型管管材方

40、面有应用。材方面有应用。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院依据螺杆数目依据螺杆数目 在挤出成型中，运用的螺杆挤出机主要有单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。单螺杆挤出机单螺杆挤出机双螺杆挤出机双螺杆挤出机材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 加料段是自塑料入口向前延长一段的距离。其长度约为48D。螺杆的主要作用是使塑料受热前移，向熔化段输送物料，因而螺槽容积可以维持不变，一般做成等距等深的。另外，为使塑料有最好的输送条件，要求削减物料与螺杆的摩擦而增大物料与料筒的切向摩擦。为此可实行的方法有：在料筒与塑料接触的表面开设纵向沟槽；提高螺杆表面光滑度，并在螺杆中心通水冷却。螺杆中部的一段

41、为熔化段。塑料在此段由粒状固体渐渐压实螺杆中部的一段为熔化段。塑料在此段由粒状固体渐渐压实并软化为连续状的熔体，同时还将夹带的空气向加料段排出。通并软化为连续状的熔体，同时还将夹带的空气向加料段排出。通常，这一段螺槽渐渐缩小（渐变），有利于制品的质量，也利于常，这一段螺槽渐渐缩小（渐变），有利于制品的质量，也利于塑料的升温顺熔化。塑料的升温顺熔化。螺杆的最终一段为计量段。这段的作用是使熔体进一步塑化匀螺杆的最终一段为计量段。这段的作用是使熔体进一步塑化匀整，并使料流定量、定压、定温由机头流道匀整挤出。整，并使料流定量、定压、定温由机头流道匀整挤出。所以这段所以这段称为计量段。这段螺槽的截面可以是恒等的，但比前两段都小，其称为计量段。这段螺槽的截面可以是恒等的，但比前两段都小，其深度深度(H3)为为0.02-0.06D。这段的长度。这段的长度6-10D，与塑料种类有关。某些，与塑料种类有关。某些热敏性塑料热敏性塑料(如聚氯乙烯如聚氯乙烯)，就不宜在这段作过久的停留。，就不宜在这段作过久的停留。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院Thanks for your attention!