聚合物流變學(xué)

1、聚合物流變學(xué)：硏究聚合物流動和變形的科學(xué)，是介于力學(xué)、化學(xué)和工程科學(xué)之 間的邊緣科學(xué)，是現(xiàn)代流變學(xué)的重要分支。研究聚合物流變學(xué)對聚合 物的合成、加工、加工機械和模具的設(shè)計等均具有重要意義。聚合物 流變學(xué)是隨高分子材料的合成、加工和應(yīng)用的需要，于50年代發(fā)展 起來的。在聚合物的聚合階段，流變學(xué)與化學(xué)結(jié)合在一起;而在以后 的階段，主要是與聚合物加工相結(jié)合。聚合物流變學(xué)70年代發(fā)展較 快，在1984年第九屆國際流變學(xué)會議上總結(jié)了最近的研究成果，B. 米納等主編了流變學(xué)進展一書。硏究方法：主要有宏觀與微觀兩種:宏觀法即經(jīng)典的唯象研究方法，是將聚 合物看作由連續(xù)質(zhì)點組成，材料性能是位置的連續(xù)函數(shù)，硏究材

2、料的 性能是從建立粘彈模型出發(fā)，進行應(yīng)力應(yīng)變或應(yīng)變速率分析。微觀法 即分子流變學(xué)方法，是從分子運動的角度出發(fā)，對材料的力學(xué)行為和 分子運動過程進行相互關(guān)聯(lián)，提出材料結(jié)構(gòu)與宏觀流變行為的聯(lián)系。 兩種方法結(jié)合起來的研究，常取得較好效果。但它們都離不開實驗室 流變性能的測定。常用的儀器主要有:擠出式流變儀（毛細管流變儀、 熔體指數(shù)儀1轉(zhuǎn)動式流變儀（同軸圓筒粘度計、門尼粘度計、錐板 式流變儀）、壓縮式塑性計、振蕩式流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀以及拉伸流 變儀等。影響因素:流動性以粘度的倒數(shù)表示流動性。按作用方式的不同，流動可分為剪切 流動和拉伸流動，相應(yīng)地有剪切粘度和拉伸粘度。前者為切應(yīng)力與切 變速率之比;后者

3、為拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變速度之比。聚合物的結(jié)構(gòu)不 同，流動性（或粘度）就不同。對于聚合物熔體，大多數(shù)是屬于假塑 性液體，其剪切粘度隨剪切應(yīng)力的增加而降低,同時測試條件（溫度、 壓力1分子參數(shù)（分子量及其分布、支化度等）和添加劑（填料、增 塑劑、潤滑劑等）等因素對剪切粘度剪切應(yīng)力曲線的移動方向均有影 響（見圖）。對于拉伸粘度，當應(yīng)變速率很低時，單向拉伸的拉伸粘度 約為剪切粘度的3倍，而雙向相等的拉伸，其拉伸粘度約為剪切粘 度的6倍。拉伸粘度隨拉伸應(yīng)力增大而增大，即使在某些曆況下有所 下降，其下降的幅度遠較剪切粘度的小。因此，在大的應(yīng)力作用下, 拉伸粘度往往要比剪切粘度大一二個數(shù)量級，這可使化學(xué)纖維紡

4、絲過 程更為容易和穩(wěn)定。彈性由于聚合物流體流動時，伴隨有高彈形變的產(chǎn)生和貯存，故外力 除去后會發(fā)生回縮等現(xiàn)象，例如:塑料、橡膠擠出后和纖維紡絲后會發(fā) 生斷面尺寸增大而長度縮短的離模膨脹現(xiàn)象，或稱彈性記憶效應(yīng);攪 動時流體會沿桿上升，這種爬桿現(xiàn)象稱韋森堡效應(yīng)或法向應(yīng)力效應(yīng)。 此外，聚合物加工時，半成品或成品表面不光滑，出現(xiàn)"橘子皮"和 鯊魚皮"，出現(xiàn)波浪、竹節(jié)、直徑有規(guī)律的脈動、螺旋形畸變甚至 支離破碎等影響制品質(zhì)量的熔體破裂和不穩(wěn)定流動等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象 主要與熔體彈性有關(guān)。斷裂特性是影響聚合物（尤其是橡膠）加工的又一流變特性。它主要是指 生膠的扯斷伸長率、以及彈性

5、與塑性之比。扯斷伸長率與彈塑t匕要適 當?shù)嘏浜?，一般都希望兩者均大些為好，以便有利于煉膠等工藝的順 利進行。應(yīng)用：硏究聚合物流變學(xué)的意義在于:可指導(dǎo)聚合，以制得加工性能 優(yōu)良的聚合物。例如:合成所需分子參數(shù)的吹塑用高密度聚乙烯樹脂, 則所成型的中空制品的沖擊強度高，壁厚均勻，外表光滑;增加順丁 橡膠的長支鏈支化W提高其分子量，可改善它的抗冷流性能，避免生 膠貯存與運輸?shù)穆闊?。對評定聚合物的加工性能、分析加工過程、 正確選擇加工工藝條件、扌旨導(dǎo)配方設(shè)計均有重要意義。例如：通過控 制冷卻水溫及其與噴絲孔之間的距離，可解決聚丙烯單絲的不圓度問 題;研究順丁橡膠的流動性，發(fā)現(xiàn)它對溫度t匕較敏感，故需嚴格地控 制加工溫度。對設(shè)計加工機械和模具有指導(dǎo)作用。例如：應(yīng)用流變 學(xué)知