聚合物的流變學(xué)性質(zhì)(編輯修改稿)
2025-05-27 07:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （ 103S1） 聚合物 η（ 102S1） η（ 103S1） POM HDPE PA6 LDPE PA66 PP PPS PVC PC HIPS 一些高聚物粘度對剪切速率的 敏感性指標(biāo) η（ 102S1） /η（ 103S1） 粘度對 敏感 性 較明顯 的有 LDPE、HDPE、 PP、 PS、 HIPS、 ABS； PPS、 PA10 PA PA66 、 PBT 、POM和 PC則 對 不敏感 。 ????意義： ①粘度對剪切速率敏感的高聚物，提高剪切速率可使其粘度下降。使聚合物熔體容易通過澆口 順利充滿模具型腔 ，并使大型注塑機 能耗降低 。 ②但對 敏感性大的高聚物的成型， 稍微的 波動都會 影響其制品的質(zhì)量 。 ????成型加工中應(yīng)如何選擇剪切速率的范圍？ 溫度的影響 隨著溫度的升高 ，聚合物分子間的相互作用力減弱， 聚合物熔體的粘度降低 ，流動性增大， 如圖所示 。 式中 ： A—— 與材料性質(zhì)、剪切速率和剪切應(yīng)力有關(guān)的常數(shù)； E η—— 在恒定剪切速率和恒定剪切應(yīng)力下的 聚合物粘流活化能 ， 是分子鏈運動時用以克服分子間作用力，向前遷移所需要的能量； 或每摩爾運動單元流動時所需要的能量 J/mol； R—— 氣體常數(shù)， K； T—— 絕對溫度， K176。； 在溫度為 Tf ＜ T＜ Td時，聚合物熔體粘度對溫度的依賴性可用 Andrader方程來表示。 lnη=lnA+E η /RT （ 1） 以 ㏑ η — 1/T作圖， 直線斜率 ： Eη /R。 說明： Eη 高 ， η a 隨 T變化愈大。即粘流活化能越高， 粘度對溫度越為敏感。 溫度升高時，其粘度下降越明顯。 哪些聚合物熔體 Eη 高？ 分子鏈剛、極性大或有較強極性取代基團的高聚物， PMMA、 PC、 PS、 PA、 PET、PVC等。 表觀黏度對溫度敏感高聚物： 了解聚合物熔體的粘度對溫度的敏感性，在成型加工中的作用： ① η a 對 T敏感的高聚物可通過溫度調(diào)節(jié)聚合物熔體的粘度，以適應(yīng)工藝的需要； ②在加工中要注意稍小的溫度波動都會對 η a 產(chǎn)生影響，從而影響制品質(zhì)量的穩(wěn)定性 。 注意： 并不是 η a 對 T不敏感的高聚物其 η a 不能用 T進行調(diào)節(jié)（ PP、 PE、 POM）。 對于高聚物而言， T＜ Td時，提高加工溫度都會增大其流動性。 壓力的影響 聚集態(tài)中存在某些空穴 —— 自由體積。聚合物熔體是可壓縮的流體。 在成型加工過程中聚合物熔體受到自身 流體靜壓力 和 外部作用力 的作用。 新建 例如：成型壓力 :l～ 10MPa， 聚合物熔體體積壓縮量 ＜ l%。 注塑成型時，注射壓力可達 100MPａ ，出現(xiàn)明顯的體積壓縮。 體積壓縮 —— 自由體積減少（分子間距離縮小） —— 導(dǎo)致流體的粘度增加， 流動性降低。 結(jié)論：增大壓力使聚合物熔體的粘度上升。 聚合物粘度對壓力變化的敏感性： ①支化的 LDPE比線型的 HDPE自由體積大，分子堆砌較松，可壓縮性大； ② PS、 PMMA側(cè)基較大，自由體積較大； 以上說明：對某些聚合物 單純通過增大壓力來提高熔體的流速并不恰當(dāng) ，過大的壓力還會造成能耗過大和設(shè)備的更大磨損。 第二章 聚合物的流變性質(zhì) 1 聚合物流體的流動特性 聚合物流體的牛頓性和非牛頓性 牛頓流體及其流變方程 牛頓流體的特點；牛頓流體的種類 2 非牛頓型流體及其流變方程 非牛頓型流體的共性；假塑性流體、膨脹型流體、 Binham流體；聚合物熔體的流動曲線 2 影響聚合物流變行為的主要因素 剪切速率的影響、粘度對 敏感性； ?? 溫度對粘度的影響、粘度對溫度的 敏感性； 壓力對粘度的影響、粘度對壓力的 敏感性； 參考教材 P13～ 37。 主要參考書目： 瞿金平等主編： 《 聚合物成型原理及成型技術(shù) 》化學(xué)工業(yè)出版社 2022年版； 2 聚合物的流變性質(zhì) 聚合物熔體的流變行為 影響聚合物流變行為的主要因素 熔融加工是最常見的加工形式，在加工過程中，聚合物都要產(chǎn)生流動和形變。 聚合物的形變包括： 彈性形變、高彈性形變和粘性形變 (又名塑性形變） 影響形變的因素： 聚合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、溫度、力、時間和組成 。 流變學(xué) （ Rheology) ： 研究物質(zhì)形變與流動的科學(xué) 聚合物熔體的流變行為很復(fù)雜，包括： 粘性流動、彈性效應(yīng)、熱和熵的變化 第一節(jié) 聚合物熔體的流變行為 定義： 材料受力后產(chǎn)生的形變和尺寸改變稱為 應(yīng)變 γ 。單位時間內(nèi)的應(yīng)變稱為 應(yīng)變速率 (或速度梯度 )，可以表示為： 應(yīng)變方式和應(yīng)變速率與所受外力的性質(zhì)和位置有關(guān)，可分為以下 三種流動方式 ： 剪切流動 ：聚合物加工時受到剪切力作用 拉伸流動 ：聚合物在加工過程中受到拉伸應(yīng)力作用 靜壓力的均勻壓縮 （主要影響粘度） dtd?? ?? 實際的流動通常是兩種或多種流動的迭加。 聚合物流體可以是處于 Tf或 Tm以上的 熔體 ，也可以是在不高溫度下仍保持為流動液體的聚合物 溶液或懸浮體。 熔體流變性質(zhì)主要表現(xiàn)是粘度的變化，根據(jù)流動過程聚合物粘度與應(yīng)力或應(yīng)變速率的關(guān)系，可將 聚合物的流動行為分為兩大類 ： 牛頓流體 和 非牛頓流體。 一、牛頓流體及其流變方程 牛頓流體的流變學(xué)方程 ： ???? ??????dtddrdv)(牛頓流體流動時的應(yīng)力 — 應(yīng)變關(guān)系和粘度對剪切速率的依賴性 在應(yīng)力作用的時間 t1～ t2內(nèi)，應(yīng)力引起的總應(yīng)變可由下式求得： )( 21 tt ?????流動曲線 牛頓流體的 特點 I. 液體的應(yīng)變隨應(yīng)力作用時間線形增加。 ，應(yīng)力解除后應(yīng)變以永久形變保持下來，這是純粘性流動的特點。 定義 ：流變行為不服從牛頓定律的流動稱為 非牛頓型流動 ，具有這種流動行為的液體稱為 非牛頓流體 。 特點 ：在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，這類液體流動時，剪切力和剪切速率不再成比例關(guān)系，液體的粘度不是一個常數(shù)（大分子長鏈和纏結(jié)）。 不同類型的非牛頓流體其粘度對剪切速率的依賴性不同。 二、非牛頓流體及其流變行為 不同類型流體的流動曲線 和粘度剪切速率關(guān)系 非牛頓流體受外力作用時的流動行為特征
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