高分子液體的流變性(1)-資料下載頁(yè)
2025-04-30 18:02本頁(yè)面
【正文】 化的粘度升高更快 。在 高剪切速率 下，支化聚合物 非牛頓性較強(qiáng)， 比分子量相當(dāng)?shù)木€型聚合物的粘度低。 主要影響規(guī)律 （三） 配合劑的影響 對(duì)流動(dòng)性影響較顯著的配合劑有兩大類(lèi) 填充補(bǔ)強(qiáng)材料 軟化增塑材料 碳酸鈣，赤泥，陶土， 高嶺土，碳黑、短纖維等 各種礦物油， 一些低聚物等 主要作用：使體系粘度 上升，彈性下降，硬度 和模量增大，流動(dòng)性變 差 主要作用：減弱物料內(nèi)大 分子鏈間的相互牽制，使 體系粘度下降，非牛頓性 減弱，流動(dòng)性改善 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ， 幾種粘度相近 、 分子量分布大致相同的聚乙烯熔體 ， 其加工行為卻有很大差異 ， 分析得知 ， 這些差異主要因?yàn)椴煌垠w的彈性行為 （ 拉伸粘度和法向應(yīng)力差 ） 不同引起的 。 高分子液體流動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)出形形色色的奇異彈性行為。 主要有擠出過(guò)程中的擠出脹大現(xiàn)象，不穩(wěn)定流動(dòng)，熔體破裂現(xiàn)象，“爬桿”現(xiàn)象（ Weissenberg效應(yīng)）和拉伸流動(dòng)等。 高分子液體的彈性屬于熵彈性。在流動(dòng)過(guò)程中，材料的粘性行為和彈性行為交織在一起，使流變性十分復(fù)雜。研究高分子液體的彈性規(guī)律性對(duì)高分子材料加工也十分重要 。 高分子液體流動(dòng)中的彈性效應(yīng) （一）擠出脹大現(xiàn)象 圖 612 擠出脹大現(xiàn)象及其說(shuō)明 擠出脹大現(xiàn)象又稱(chēng)口型膨脹效應(yīng)或 Barus效應(yīng) ， 是指高分子熔體被強(qiáng)迫擠出口模時(shí) ， 擠出物尺寸大于口模尺寸 ， 截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象 （ 圖 612） 。 對(duì)圓型口模 ， 擠出脹大比 B定義為： DdB i /?id(610) 式中 D 為口模直徑， 為完全松弛的擠出物直徑。 （ 1）擠出脹大現(xiàn)象是高分子液體具有彈性的典型表現(xiàn)。從 彈性形變角度看，熔體在進(jìn)入口模前的入口區(qū)受到強(qiáng)烈拉伸作用，發(fā)生彈性形變。這種形變雖然在口模內(nèi)部流動(dòng)時(shí)得到部分松弛，但由于高分子材料的松弛時(shí)間一般較長(zhǎng)，直到口模出口處仍有部分保留，于是在擠出口模失去約束后，發(fā)生彈性恢復(fù)，使擠出物脹大。 （ 2）從 熵彈性 角度考慮，無(wú)規(guī)線團(tuán)狀的大分子鏈在口模入口區(qū)被強(qiáng)烈拉伸，構(gòu)象發(fā)生改變，構(gòu)象熵減少。同樣這種構(gòu)象變化在口模內(nèi)部部分得到松弛，但仍有部分直到擠出口模后才回復(fù)。擠出后的分子鏈回復(fù)到新的無(wú)規(guī)線團(tuán)構(gòu)象，使熵值升高而脹大。 （ 3）實(shí)驗(yàn)表明，一切影響高分子熔體彈性的因素都對(duì)擠出脹大行為有影響。如擠出溫度升高，或擠出速度下降，或體系中加入填料而導(dǎo)致高分子熔體彈性形變減少時(shí)，擠出脹大現(xiàn)象明顯減輕。 討論 （二）不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象 圖 613 不穩(wěn)定流動(dòng)的擠出物外觀示意圖 實(shí)驗(yàn)表明，高分子熔體從口模擠出時(shí)，當(dāng)擠出速率（或剪切應(yīng)力）超過(guò)某一臨界剪切速率 （或臨界剪切應(yīng)力 ），容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙。 隨擠出速率的增大，可能先后出現(xiàn)波浪形、鯊魚(yú)皮形、竹節(jié)形、螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無(wú)規(guī)則的熔體破裂 c?? c?低擠出速率 高擠出速率 （ 3）從形變能的觀點(diǎn)看，高分子液體的彈性貯能本領(lǐng)是有限的。當(dāng)外力作用速率很大，外界賦予液體的形變能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出液體可承受的極限時(shí)，多余的能量將以其它形式表現(xiàn)出來(lái)，其中產(chǎn)生新表面、消耗表面能是一種形式，即發(fā)生熔體破裂。 （ 1）雖然關(guān)于發(fā)生不穩(wěn)定流動(dòng)的機(jī)理目前尚無(wú)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，但各種假定都認(rèn)為，這也是高分子液體彈性行為的表現(xiàn)。 （ 2）就熔體破裂現(xiàn)象而言，肯定地說(shuō)，它與熔體的非線性粘彈性、與分子鏈在剪切流場(chǎng)中的取向和解取向（構(gòu)象變化及分子鏈松弛的滯后性）、纏結(jié)和解纏結(jié)及外部工藝條件諸因素有關(guān)。 討論 （三）“爬桿”現(xiàn)象（ Weissenberg效應(yīng)） 圖 614 高分子液體的“爬桿”效應(yīng) 與牛頓型流體不同，盛在容器中的高分子液體，當(dāng)插入其中的圓棒旋轉(zhuǎn)時(shí)，沒(méi)有因慣性作用而甩向容器壁附近，反而環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)棒附近，出現(xiàn)沿棒向上爬的 “爬桿”現(xiàn)象 。這種現(xiàn)象稱(chēng)韋森堡（ Weissenberg）效應(yīng)，又稱(chēng)“包軸”現(xiàn)象。 pA? pB pA? pB 高分子液體 牛頓型流體 彈性液體則不然，彈性液體流動(dòng)時(shí)，除有剪切應(yīng)力外，作用在三個(gè)正交面元上的法向應(yīng)力也不相等，使液體既發(fā)生粘性形變（表現(xiàn)為有粘度，消耗能量），又發(fā)生彈性形變（表現(xiàn)為有法向應(yīng)力差，貯存能量）。 定義法向應(yīng)力差函數(shù) ， ，用以描述液體的彈性。高分子液體發(fā)生“爬桿”現(xiàn)象，正是由于法向應(yīng)力差效應(yīng)引起的。 332211 ??? ??2211 ?? ? 3322 ?? ? 法向應(yīng)力差效應(yīng)是彈性液體特有的效應(yīng)。 純粘性液體流動(dòng)時(shí)，內(nèi)部流體元上所受的應(yīng)力主要在外表面的切線方向，稱(chēng)剪切應(yīng)力，是一種摩擦力，它引起流體元剪切變形。面元的法線方向雖然也有應(yīng)力（稱(chēng)法向應(yīng)力，主要為壓力和拉力），但由于液體沒(méi)有彈性，不可壓縮，因此三個(gè)正交面元上的法向應(yīng)力相等， 。 法向應(yīng)力差效應(yīng) 圖 615 流體元上的應(yīng)力分布狀態(tài) 爬桿現(xiàn)象是一種有趣的高分子液體彈性行為。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因仍然追尋到高分子液體的粘彈性。分析得知，在所有流線彎曲的剪切流場(chǎng)中高分子流體元除受到剪切應(yīng)力外（表現(xiàn)為粘性），還存在法向應(yīng)力差效應(yīng)（表現(xiàn)為彈性）。 小結(jié) 掌握內(nèi)容： 高聚物粘流態(tài)特征及流動(dòng)機(jī)理 高分子液體的流動(dòng)曲線和流動(dòng)規(guī)律；剪切變稀效應(yīng) 及粘度的表征 高聚物熔體彈性效應(yīng)的現(xiàn)象 、 機(jī)理及影響因素 理解內(nèi)容： 影響高分子液體流動(dòng)性 （ 剪切粘度和彈性 ） 的因素 高聚物熔體流動(dòng)性與材料加工方法的關(guān)系 END of Chapt. 6
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