1、会计学1聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质一、牛顿流体与非牛顿流体一、牛顿流体与非牛顿流体 流体在管内流动状态流体在管内流动状态：层流层流 湍流湍流层流的特征层流的特征：是流体质点的流动方向与流道轴线平行，其流是流体质点的流动方向与流道轴线平行，其流动速度也相同，所有流体质点的流动轨迹均相互动速度也相同，所有流体质点的流动轨迹均相互平行。平行。第1页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质湍流的特点湍流的特点：是管内的流体质点除了在与轴线平行的方向流是管内的流体质点除了在与轴线平行的方向流动外，还在管内的横向上做不规
2、则的任意流动，动外，还在管内的横向上做不规则的任意流动，质点的流动轨迹成紊乱状态。质点的流动轨迹成紊乱状态。英国物理学家雷诺提出的流体的流动状态转变英国物理学家雷诺提出的流体的流动状态转变(由层流变为湍流由层流变为湍流)条件为：条件为：Re=dvRe=dv/ReRec c ReRe雷诺数；雷诺数；d d管道直径；管道直径；流体密度；流体密度；v v流体速度；流体速度；流体动力粘度；流体动力粘度；ReRec c 临界雷诺数；临界雷诺数；第2页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质ReRec c的大小的大小：与流道的断面形状和流道壁的表面粗糙度有关与流道的断面形状和流道壁
3、的表面粗糙度有关系。系。光滑的圆管，光滑的圆管，ReRec c=2000=200023002300；当当ReRe的值大于的值大于2000200023002300时时 流体流动的状态才能转变为湍流。流体流动的状态才能转变为湍流。大多数聚合物熔体的粘度都很高，成型时的流大多数聚合物熔体的粘度都很高，成型时的流速不大，流体流动的速不大，流体流动的ReRe值远小于值远小于ReRec c。一般为一般为1010左右，因此，通常可将聚合物熔体的左右，因此，通常可将聚合物熔体的流动视为层流状态来进行研究。流动视为层流状态来进行研究。第3页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质牛顿流体
4、牛顿流体：是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系。切速率间存在线性关系。牛顿流体的流变方程式为牛顿流体的流变方程式为1,PPssaa的切应变（剪切速率）单位时间内流体产生；，力引起流动变形的能力反映了牛顿流体抵抗外牛顿粘度，比例常数（粘度），；切应力，第4页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 由于大分子的长链结构和缠结，聚合物熔体的由于大分子的长链结构和缠结，聚合物熔体的流动行为远比低分子液体复杂。流动行为远比低分子液体复杂。在广阔的剪切速率范围内，这类液体流动时：在广阔的剪切速率范围内，这类液体流动时
5、：切应力和剪切速率不再成正比关系；切应力和剪切速率不再成正比关系；熔体的粘度也不再是一个常数；熔体的粘度也不再是一个常数；聚合物熔体的流变行为不服从牛顿流动规律。聚合物熔体的流变行为不服从牛顿流动规律。非牛顿型流动非牛顿型流动：不服从牛顿流动规律的流动称为，不服从牛顿流动规律的流动称为，非牛顿流体非牛顿流体：具有不服从牛顿流动规律的流动行为的液体。具有不服从牛顿流动规律的流动行为的液体。第5页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质在注射成型中在注射成型中 少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏感，少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏感，如如聚酰胺、聚碳酸酯等聚酰胺、聚碳酸酯
6、等，把它们近似视为牛顿流体；，把它们近似视为牛顿流体；绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。近似地服从（近似地服从（Qstwald-DeWaeleQstwald-DeWaele）指数流动规律指数流动规律：顿流体的程度反映聚合体熔体偏离牛常数（非牛顿指数）与聚合物温度有关的反映聚合体的粘稠性；常数（粘度系数），与聚合物温度有关的,nKKdtdKddKnnn第6页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 表观粘度的力学性质表观粘度的力学性质与牛顿粘度相同。与牛顿粘度相同。表观粘度表征的是表观粘度表征的是：服从指数流动规律的非牛顿流体
7、在外力的作用服从指数流动规律的非牛顿流体在外力的作用下抵抗剪切变形的能力。下抵抗剪切变形的能力。表观粘度除与流体本身以及温度有关；表观粘度除与流体本身以及温度有关；还受到剪切速率的影响；还受到剪切速率的影响；非牛顿流体表观粘度可改写为：ananKK11第7页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 意味着外力的大小及其作用时间也能够改意味着外力的大小及其作用时间也能够改变流体的粘稠性。变流体的粘稠性。K K值及值及n n值均可由实验测定。值均可由实验测定。n n大小反映了聚合物熔体偏离牛顿性质的程度大小反映了聚合物熔体偏离牛顿性质的程度:当当n=1n=1时，时，a a=
8、K=K=，这时非牛顿流体就转变为，这时非牛顿流体就转变为了牛顿流体。了牛顿流体。当当n1n1时，绝对值时，绝对值|1-n|1-n|的值越大，流体的流的值越大，流体的流动动性越强，剪切速率对表观粘度性越强，剪切速率对表观粘度vava的影响也越大。的影响也越大。当其他条件一定时，当其他条件一定时，K K值的大小反映了流体粘值的大小反映了流体粘稠稠性的程度。性的程度。第8页/共106页1.3 1.3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质二、假塑性液体的流变学性质及其影响因素二、假塑性液体的流变学性质及其影响因素1.1.假塑性液体的流变学性质假塑性液体的流变学性质 非牛顿流体非牛顿流体也称为粘性液体，
9、也称为粘性液体，当当n1n1;n1;3 3假塑性液体（服假塑性液体（服从指数定律），从指数定律），n1;n1;4 4假塑性液体（不假塑性液体（不服从指数定律），服从指数定律），n n 11第69页/共106页第70页/共106页第71页/共106页等相当稳定，等相当稳定，粘度保持为常数，粘度保持为常数，与静态相同。与静态相同。应变适应应力变化，解缠应变适应应力变化，解缠速度远小于重建速度，粘度不速度远小于重建速度，粘度不变。变。第72页/共106页第73页/共106页第74页/共106页第75页/共106页第76页/共106页第77页/共106页npy)(第78页/共106页第79页/共106
10、页第80页/共106页第81页/共106页n震凝性液体（反触变性液体）震凝性液体（反触变性液体）：表观粘度随剪切时间的增加而表观粘度随剪切时间的增加而增大的液体。增大的液体。原因原因：液体在剪：液体在剪切作用下聚合物粒子间切作用下聚合物粒子间形成非形成非永久性缔合。永久性缔合。两类液体中的两类液体中的粘度变化粘度变化都是都是可可逆逆的。的。第82页/共106页主。主。第83页/共106页第84页/共106页热塑性热塑性热固性热固性加热加热熔融流动熔融流动熔融流动熔融流动变化变化物理变化物理变化无大的化学变化无大的化学变化化学变化（交联）化学变化（交联）形变形变粘流态产生形变粘流态产生形变熔融流
11、动熔融流动固定形变固定形变冷却硬化冷却硬化交联交联重复性重复性可以可以不可以不可以第85页/共106页atAe第86页/共106页bTeAH)(硬化时间bTatcAev)(、Tf硬化程度硬化程度第87页/共106页第88页/共106页剪切速率增加，剪切速率增加，硬化时间缩短硬化时间缩短第89页/共106页第90页/共106页以以ln对对1/T作图是一直线，作图是一直线，在实际中受其他因素的影响在实际中受其他因素的影响有一些弯曲。有一些弯曲。RTEA lnln第91页/共106页7-POM；8-PA；9-PETD直线的斜率即粘流活化能E，E越大，粘度对温度的依赖性越明显。图中看出PS、PC、PM
12、MA等刚性聚合物对T比较敏感。对于这种温敏型聚合物，只要不超过分解温度，提高T都会增大流动性。第92页/共106页)()(loglog21gggTTTCTTC)()(loglog21ssSTTTCTTC第93页/共106页为了为了提高流量提高流量，不得不，不得不提高提高压力，自由体积减小，粘度压力，自由体积减小，粘度增大增大，同时设备损耗增加。，同时设备损耗增加。因此不能单纯加压提高产量。因此不能单纯加压提高产量。第94页/共106页温度，都能获得同样的粘度温度，都能获得同样的粘度变化效应称为变化效应称为压力压力温度等温度等效性效性。例如，对很多聚合物，。例如，对很多聚合物，压力增加到压力增加到1000大气压时，熔大气压时，熔体粘度的变化相当于降低体粘度的变化相当于降低3050温度的作用。温度的作用。第95页/共106页第96页/共106页第97页/共106页第98页/共106页第99页/共106页第100页/共106页第101页/共106页第102页/共106页图错图错第103页/共106页固体填料对聚合物流动性的影响固体填料对聚合物流动性的影响填料填料 ZnO 聚合物聚合物 聚乙烯缩丁醇聚乙烯缩丁醇第104页/共106页vrs5.21第105页/共106页感谢您的观看！感谢您的观看！第106页/共106页
