21聚合物流體的流變性-全文預(yù)覽
【正文】 物中的溶劑或增塑劑等液體物質(zhì)。因此，針對(duì)不同用途和不同加工方法，選擇適當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物是十分重要的。 熔 體 指 數(shù)相近的兩種聚乙烯在流動(dòng)性上差異很大： 在較高剪切速率下 ， LDPE的粘度比 HDPE低 。當(dāng)支鏈中含有大量側(cè)基時(shí)，聚合物的自由體積增大，粘度對(duì)溫度和壓力的敏感性也都增大。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量相同時(shí)，支鏈短而數(shù)目多，會(huì)使分子間距離增大，分子間作用力減小，且自由體積增大，故粘度小。 因此，在成型過(guò)程中聚合物熔體處于注射噴嘴、擠出口模或噴絲頭高溫區(qū)域的時(shí)間應(yīng)盡可能縮短。 但應(yīng)指出，粘度對(duì)剪切速率 (或溫度 )敏感的聚合物，往往會(huì)在剪切速率 (或溫度 )波動(dòng)時(shí)，造成制品質(zhì)量上有顯著差別。 聚合物熔體成型壓力通常都比較高，例如注射成型時(shí)，聚合物在 150℃ 下受壓達(dá) 350kPa到 3000kPa，其壓縮性是很可觀的。 3/20/2023 RTEA /lnln ?? ?? )()(ggTTTTgt ???????溫度對(duì)剪切粘度的影響 聚合物的成型加工，多處于粘流溫度至分解溫度之間，在這一較窄的溫度區(qū)間內(nèi)粘度與溫度的關(guān)系可用 Arnhenius方程來(lái)表示： 當(dāng)溫度區(qū)間在 TgT Tg + 100℃ 時(shí)，聚合物粘度與溫度的關(guān)系可以用半經(jīng)驗(yàn)（ WLF）公式表示： 3/20/2023 原因來(lái)自熔體的可壓縮性。 （ 2）可以推出聚合物流體在不同形狀流道中 的流動(dòng)方程，從而計(jì)算剪切應(yīng)力和剪切速率， 得到流動(dòng)曲線。 原因是大分子鏈的取向伸直 、 平行排列的分子較無(wú)序排列的分子更具有更強(qiáng)的抗拉伸性 。此時(shí)流體不再能充滿所有的空隙，潤(rùn)滑作用因而受到限制，表觀粘度就隨著剪切速率的增長(zhǎng)而增大。 因?yàn)檎扯却笮∨c粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是線性關(guān)系。 造成粘度下降的原因在于其中大分子彼此之間的纏結(jié)。 3/20/2023 根據(jù)應(yīng)變時(shí)有無(wú)彈性和 應(yīng)變對(duì)時(shí)間有無(wú)依賴關(guān)系，非牛頓液體分為： 非 牛 頓 液 體 粘彈性液體 有時(shí)間依賴性液體 （賓哈液體、假塑性液體和膨脹性液體） 震凝性液體（ t↑→η↑ ） 觸變性液體（ t↑→η↓ ） 粘性液體 非牛頓液體類型 3/20/2023 描述非牛頓流體流動(dòng)的關(guān)系式采用冪律定律 式中的 n為非牛頓指數(shù)， 當(dāng) n=1時(shí)流體具有牛頓行為； 當(dāng) n=1，當(dāng)剪切應(yīng)力低于屈服應(yīng)力時(shí)流體靜止并有一定剛度，但當(dāng)剪切應(yīng)力超過(guò)時(shí)流體就流動(dòng)，這種流體稱為賓漢塑性流體 。s 層流可以用牛頓流體流動(dòng)定律來(lái)描述： 3/20/2023 加工過(guò)程中聚合物流變行為可用粘度 η表征 粘度：液層單位表面上所加的剪切力與液層間的 速度梯度（剪切速率）的比值， 粘度是液體自身所固有的性質(zhì) ，它的大小表征液體 抵抗外力引起流動(dòng)變形的能力。 3/20/2023 例如： 聚合物在簡(jiǎn)單的管和槽中的流動(dòng) ， 由于壓力的作用引起的流動(dòng) ， 屬于簡(jiǎn)單的一維壓力流動(dòng) ， 在流動(dòng)中只受到剪切力的作用 。 在高分子材料成型過(guò)程中 ， 聚合物的材料隨受力性質(zhì)與作用位置的不同而產(chǎn)生不同類型的 應(yīng)力 、應(yīng)變和應(yīng)變速率 。 而邊界固定 ， 由外壓力作用于流體而產(chǎn)生的流動(dòng) ， 稱為 壓力流動(dòng) 。 二維流動(dòng)和三維流動(dòng)的規(guī)律在數(shù)學(xué)處理上，比較一維流動(dòng)要復(fù)雜很多。 3/20/2023 二維流動(dòng)：流道截面上各點(diǎn)的速度需要 兩個(gè)垂直于流動(dòng)方向 的坐標(biāo)表示 。 這些都使其在流道徑向和軸向存在一定的溫度差。 在等溫流動(dòng)情況下 ， 流體與外界可以進(jìn)行熱量傳遞 ， 但傳入和輸出的熱量應(yīng)保持相等 。 所謂穩(wěn)定流動(dòng) ， 并非是流體在各部位的速度以及物理狀態(tài)都相同 。 聚合物流體的流變性質(zhì) 3/20/2023 1. 層流和湍流 聚合物熔體，在成型過(guò)程中流動(dòng)時(shí)，其雷諾準(zhǔn)數(shù)一般小于 10，分散體也不會(huì)大于 2100，因此其流動(dòng)均為層流。 注意 3/20/2023 凡流體在輸送通道中流動(dòng)時(shí) ， 該流體在任何部位的流動(dòng)狀況保持恒定 ， 不隨時(shí)間而變化 ， 即一切影響流體流動(dòng)的因素都不隨時(shí)間而改變 ， 此種流動(dòng)稱為穩(wěn)定流動(dòng) 。 例如 3/20/2023 等溫流動(dòng)是指流體各處的溫度保持不變情況下的流動(dòng) 。 一方面 是由于成型工藝要求將流道各區(qū)域控制在不同的溫度下； 另一方面 ，是由于粘性流動(dòng)過(guò)程中有生熱和熱效應(yīng)。 4. 一維流動(dòng)、二維流動(dòng)和三維流動(dòng) 例如 聚合物熔體在等截面圓管內(nèi)作層狀流動(dòng)時(shí)，
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