21聚合物流體的流變性(編輯修改稿)
2025-03-10 16:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流體只能勉強(qiáng)充滿這些空間。當(dāng)施加于這一體系的剪切應(yīng)力不大時(shí)，也就是剪切速率較小時(shí)，流體就可以在移動(dòng)的固體粒子間充當(dāng)潤(rùn)滑劑，因此，表觀粘度不高。 但當(dāng)剪切速率逐漸增高時(shí)，固體粒子的緊密堆砌就被破壞，整個(gè)體系就顯得有些膨脹。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。 膨脹性流體的流動(dòng)行為 切力變稠原因（膨脹性流體） 3/20/2023 加工方法 剪切速率 /S1 模壓 1～ 10 開煉 5 101 ～ 5 102 密煉 5 102 ～ 5 103 擠出 101 ～ 103 壓延 5 101 ～ 5 102 紡絲 102 ～ 104 注射 103 ～ 105 各種加工方法中的剪切速率 3/20/2023 第三節(jié) 聚合物流體的拉伸粘性 聚合物在具有截面積逐漸變小 的錐形管或其它管中的收斂流 動(dòng)，這種流動(dòng)不僅受到剪切作 用，而且還受到拉伸作用 當(dāng)粘彈性聚合物流體從任何 形式的管道中流出受外力拉 伸時(shí)也能產(chǎn)生拉伸流動(dòng)。 擬制性拉伸(收斂流動(dòng) ) 非擬制性拉伸 (拉伸流動(dòng) ) 3/20/2023 在拉伸作用下 ， 聚合物流體會(huì)產(chǎn)生很大的拉伸應(yīng)變 ， 和剪切粘度的形式類似 ， 我們用拉伸粘度來表示流體對(duì)拉伸流動(dòng)的阻力： 3/20/2023 在低應(yīng)變或低應(yīng)力下 ， 拉伸粘度是不依賴應(yīng)力或應(yīng)變速率的 （ P52） ， 在高應(yīng)變或高應(yīng)力下 ， 拉伸粘度會(huì)出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果： （ 1） 拉伸變稀 ， 原因是分子鏈纏結(jié)濃度的降低 。 （ 2） 拉伸變硬：例如 PS、 LDPE。 原因是大分子鏈的取向伸直 、 平行排列的分子較無序排列的分子更具有更強(qiáng)的抗拉伸性 。 拉伸粘度的影響因素 3/20/2023 因?yàn)槔煺扯入S著應(yīng)力或應(yīng)變速率而增大 ，則增大的粘度將使成型中制品的薄弱成分或應(yīng)力集中區(qū)域不至于在張應(yīng)力的作用下產(chǎn)生破壞 ， 從而能獲得形變均勻的產(chǎn)品 。 聚合物拉伸流動(dòng)過程粘度增大的特性在很大程度上決定了聚合物能在恒溫條件下紡絲或成膜 。 這一特性，對(duì)纖維紡絲、吹塑薄膜、拉伸薄膜、片材的熱成型等十分有利 3/20/2023 （ 1）聚合物加工既有剪切流動(dòng)又有拉伸流動(dòng)， 也有特殊的剪切流動(dòng) 拖曳流動(dòng)。 （ 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。 小節(jié) 3/20/2023 影響粘度的主要因素 在給定剪切速率下，聚合物的粘度主要取決于 實(shí)現(xiàn)分子位移和鏈段協(xié)同躍遷的能力 以及在 躍遷鏈段的周圍是否有可以接納它躍入的空間 （自由體積）兩個(gè)因素。 凡能引起鏈段躍遷能力和自由體積增加的因素，都能導(dǎo)致聚合物熔體粘度下降： 除前面剪切應(yīng)力和剪切速率外，還有溫度、壓力等外在因素以及材料的內(nèi)在因素（如鏈結(jié)構(gòu)和鏈的極性、相對(duì)分子質(zhì)量分布及聚合物的組成等）。 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 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 原因來自熔體的可壓縮性。利用自由體積來解釋。 壓力對(duì)剪切粘度的影響 因?yàn)樵诩訅簳r(shí)，聚合物的自由體積減小，熔體分子間的自由體積也減小，使分子間作用力增大，最后導(dǎo)致熔體剪切粘度增大。 與低分子液體相比，聚合物因其長(zhǎng)鏈大分子形狀復(fù)雜，分子鏈堆砌密度較低，受到壓力作用時(shí)，體積變化較大。 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。 在 100kPa的壓力下各種聚合物的壓縮率不超過 1％，而當(dāng)壓力增至 700kPa時(shí)，壓縮率可高達(dá) 3～ 5個(gè)數(shù)量級(jí)。 3/20/2023 1聚甲基丙烯酸甲酯； 2聚苯乙烯； 3高密度聚乙烯； 4醋酸纖維素 3/20/2023 粘度對(duì)剪切應(yīng)力 (或剪切速率 )的依賴性 在成型條件下，聚合物熔體多屬非牛頓液體，其粘度隨著
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