流變儀的基本應(yīng)用和原理

1、第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt1本本章章內(nèi)內(nèi)容容6.1 6.1 毛細(xì)管流變儀毛細(xì)管流變儀6.2 6.2 旋轉(zhuǎn)流變儀旋轉(zhuǎn)流變儀6.3 6.3 轉(zhuǎn)矩流變儀轉(zhuǎn)矩流變儀第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt2高聚物加工成型過(guò)程高聚物加工成型過(guò)程中存在許多中存在許多流變學(xué)流變學(xué)問(wèn)題問(wèn)題高聚物加工成型過(guò)程高聚物加工成型過(guò)程：樹(shù)脂首先受熱逐漸：樹(shù)脂首先受熱逐漸熔融熔融，在外力，在外力場(chǎng)作用下發(fā)生場(chǎng)作用下發(fā)生混合混合、變形變形與與流動(dòng)流動(dòng)，然后在成型模具中或，然后在成型模具中或經(jīng)過(guò)口模形成一定的形狀。隨溫度降至經(jīng)過(guò)口模形成一定的形狀。隨溫度降至T

2、g或或Tm以下，并以下，并延續(xù)降至室溫，其形態(tài)結(jié)構(gòu)逐漸被凍結(jié)，制品被固化延續(xù)降至室溫，其形態(tài)結(jié)構(gòu)逐漸被凍結(jié)，制品被固化定定型型。 熔融熔融-混合混合-變形變形-流動(dòng)流動(dòng)-定型定型影響高聚物加工成型的因素影響高聚物加工成型的因素：溫度、壓力、粘性、彈性、：溫度、壓力、粘性、彈性、分子量及其分布、內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)，等。分子量及其分布、內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)，等。上述影響因素的變化規(guī)律及相互關(guān)系如何獲得？上述影響因素的變化規(guī)律及相互關(guān)系如何獲得？ 必須通過(guò)大量的必須通過(guò)大量的流變實(shí)驗(yàn)和流變數(shù)據(jù)測(cè)定流變實(shí)驗(yàn)和流變數(shù)據(jù)測(cè)定，經(jīng)過(guò)分析，經(jīng)過(guò)分析掌握變化規(guī)律，建立相應(yīng)關(guān)系，才能更好地指導(dǎo)實(shí)踐。掌握變化規(guī)律，建立相應(yīng)關(guān)系，

3、才能更好地指導(dǎo)實(shí)踐。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt3流變測(cè)量?jī)x器流變測(cè)量?jī)x器流變測(cè)量模式流變測(cè)量模式擠出式流變儀擠出式流變儀旋轉(zhuǎn)式流變儀旋轉(zhuǎn)式流變儀轉(zhuǎn)矩流變儀轉(zhuǎn)矩流變儀拉伸流變儀拉伸流變儀同軸圓筒粘度計(jì)同軸圓筒粘度計(jì)平行板式流變儀平行板式流變儀錐板式流變儀錐板式流變儀門(mén)尼粘度計(jì)門(mén)尼粘度計(jì)毛細(xì)管流變儀毛細(xì)管流變儀(恒速型恒速型)熔體指數(shù)儀熔體指數(shù)儀(恒壓型恒壓型)實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的剪切速率場(chǎng)、壓力場(chǎng)和剪切速率場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)恒為常數(shù)溫度場(chǎng)恒為常數(shù)，不隨時(shí)間變化。，不隨時(shí)間變化。穩(wěn)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)穩(wěn)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)瞬態(tài)流變實(shí)驗(yàn)瞬態(tài)流變

4、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)材料內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)時(shí)材料內(nèi)部的應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生階躍變應(yīng)力或應(yīng)變發(fā)生階躍變化化。相當(dāng)于一個(gè)突然的起始或終止流動(dòng)。相當(dāng)于一個(gè)突然的起始或終止流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)均發(fā)生交應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)均發(fā)生交替變化替變化，一般以正弦規(guī)律進(jìn)行，振幅較小。，一般以正弦規(guī)律進(jìn)行，振幅較小。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt4第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt5流變測(cè)量學(xué)流變測(cè)量學(xué) 是應(yīng)用是應(yīng)用有效測(cè)定有效測(cè)定材料流變性能和數(shù)據(jù)的材料流變性能和數(shù)據(jù)的技術(shù)技術(shù)，通過(guò)獲，通過(guò)獲取材料的取材料的流變參量流變參量，進(jìn)行，進(jìn)行流變分析流變

5、分析，進(jìn)行對(duì)，進(jìn)行對(duì)新材料的研新材料的研制制，尋找材料的，尋找材料的本構(gòu)方程本構(gòu)方程。流變測(cè)定的目的流變測(cè)定的目的 物料的流變學(xué)表征物料的流變學(xué)表征。最基本最基本的流變測(cè)量任務(wù)。通過(guò)的流變測(cè)量任務(wù)。通過(guò)物料物料流變性質(zhì)流變性質(zhì)的測(cè)量可了解體系的的測(cè)量可了解體系的組分、結(jié)構(gòu)及測(cè)試條組分、結(jié)構(gòu)及測(cè)試條件件等對(duì)加工流變性能的貢獻(xiàn)，為材料物理和力學(xué)性能設(shè)等對(duì)加工流變性能的貢獻(xiàn)，為材料物理和力學(xué)性能設(shè)計(jì)、配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)提供計(jì)、配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)，通，通過(guò)控制達(dá)到期望的加工流動(dòng)性和主要物理力學(xué)性能。過(guò)控制達(dá)到期望的加工流動(dòng)性和主要物理力學(xué)性能。第第6章章 流變儀

6、的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt6 工程流變學(xué)研究和設(shè)計(jì)工程流變學(xué)研究和設(shè)計(jì)。借助流變測(cè)量研究。借助流變測(cè)量研究聚聚合反應(yīng)工程合反應(yīng)工程、高聚物加工工程高聚物加工工程及加工及加工設(shè)備設(shè)備、模具模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)制造中的制造中的流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布，研究，研究極限流動(dòng)條件極限流動(dòng)條件及其及其與工藝過(guò)程的與工藝過(guò)程的關(guān)系關(guān)系，確定，確定工藝參數(shù)工藝參數(shù)，為實(shí)現(xiàn)工程優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)工程優(yōu)化，完成設(shè)備與模具完成設(shè)備與模具CADCAD設(shè)計(jì)提供可靠的定量依據(jù)。設(shè)計(jì)提供可靠的定量依據(jù)。 檢驗(yàn)和指導(dǎo)流變本構(gòu)方程理論的發(fā)展檢驗(yàn)和指導(dǎo)流變本構(gòu)方程理論的發(fā)展。流變測(cè)量。流變測(cè)量的的最高級(jí)任務(wù)最高級(jí)

7、任務(wù)。這種測(cè)量必須是科學(xué)的，經(jīng)得起驗(yàn)證。這種測(cè)量必須是科學(xué)的，經(jīng)得起驗(yàn)證的。通過(guò)測(cè)量，獲得材料的。通過(guò)測(cè)量，獲得材料真實(shí)的粘彈性變化規(guī)律真實(shí)的粘彈性變化規(guī)律及與及與材料結(jié)構(gòu)參數(shù)材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的的內(nèi)在聯(lián)系內(nèi)在聯(lián)系，檢驗(yàn)本構(gòu)方程的優(yōu)劣，推，檢驗(yàn)本構(gòu)方程的優(yōu)劣，推動(dòng)本構(gòu)方程理論的發(fā)展。動(dòng)本構(gòu)方程理論的發(fā)展。精選ppt7第第1212次次課課 作作業(yè)業(yè)題題2 2 影響高聚物加工成型的因素有哪些？影響高聚物加工成型的因素有哪些？1 1 簡(jiǎn)述高聚物加工成型過(guò)程。簡(jiǎn)述高聚物加工成型過(guò)程。3 3 簡(jiǎn)述流變測(cè)定的目的。簡(jiǎn)述流變測(cè)定的目的。精選ppt8第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt

8、96.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀6.1.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)6.1.2 完全發(fā)展區(qū)的流場(chǎng)分析完全發(fā)展區(qū)的流場(chǎng)分析6.1.3 入口壓力降的典型應(yīng)用入口壓力降的典型應(yīng)用6.1.4 出口區(qū)的流動(dòng)行為出口區(qū)的流動(dòng)行為6.1.5 基本應(yīng)用基本應(yīng)用6.1.6 毛細(xì)流變儀測(cè)粘數(shù)據(jù)處理毛細(xì)流變儀測(cè)粘數(shù)據(jù)處理第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt106.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀是目前發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣的流變測(cè)量?jī)x之一。是目前發(fā)展最成熟、應(yīng)用最廣的流變測(cè)量?jī)x之一。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬(剪切速率約為剪切速率約為10-2105S-1)

9、具體應(yīng)用：具體應(yīng)用：（1）測(cè)定熱塑性高聚物熔體在毛細(xì)管中的剪切應(yīng)力和剪）測(cè)定熱塑性高聚物熔體在毛細(xì)管中的剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系；切速率的關(guān)系；（2）根據(jù)擠出物的直徑和外觀，在恒定應(yīng)力下通過(guò)改變）根據(jù)擠出物的直徑和外觀，在恒定應(yīng)力下通過(guò)改變毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比來(lái)研究熔體的彈性和熔體破裂等不穩(wěn)定流毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比來(lái)研究熔體的彈性和熔體破裂等不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象；動(dòng)現(xiàn)象；（3）預(yù)測(cè)高聚物的加工行為，優(yōu)化復(fù)合體系配方、最佳）預(yù)測(cè)高聚物的加工行為，優(yōu)化復(fù)合體系配方、最佳成型工藝條件和控制產(chǎn)品質(zhì)量；成型工藝條件和控制產(chǎn)品質(zhì)量；（4）為高聚物加工機(jī)械和成型模具的輔助設(shè)計(jì)提供基本）為高聚物加工機(jī)械和成型模具的輔助設(shè)計(jì)提供

10、基本數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；（5）作為高聚物大分子結(jié)構(gòu)表征和研究的輔助手段。）作為高聚物大分子結(jié)構(gòu)表征和研究的輔助手段。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt116.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀6.1.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)分類(lèi)：恒壓型和恒速型兩類(lèi)分類(lèi)：恒壓型和恒速型兩類(lèi)區(qū)別：恒壓型的柱塞前進(jìn)區(qū)別：恒壓型的柱塞前進(jìn)壓力壓力恒定，待測(cè)量為恒定，待測(cè)量為物料擠出速度物料擠出速度；恒速型的柱塞前進(jìn)恒速型的柱塞前進(jìn)速率速率恒定，待測(cè)量為恒定，待測(cè)量為毛細(xì)管兩端的壓力差毛細(xì)管兩端的壓力差。壓力型毛細(xì)管流變儀壓力型毛細(xì)管流變儀核心部位：毛細(xì)管核心部位：毛細(xì)管長(zhǎng)徑比（長(zhǎng)徑比（L/D）=

11、10/1、20/1、30/1、40/1等；等；過(guò)程：物料加熱、柱塞施壓、物過(guò)程：物料加熱、柱塞施壓、物料擠出、測(cè)量流變參數(shù)料擠出、測(cè)量流變參數(shù)第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt126.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 物料從直徑寬大的料筒經(jīng)擠物料從直徑寬大的料筒經(jīng)擠壓通過(guò)壓通過(guò)有一定入口角的入口區(qū)有一定入口角的入口區(qū)進(jìn)入毛細(xì)管進(jìn)入毛細(xì)管，然后從出口擠出。，然后從出口擠出。由于物料是從大截面料筒流道由于物料是從大截面料筒流道進(jìn)入小截面毛細(xì)管，此時(shí)的流進(jìn)入小截面毛細(xì)管，此時(shí)的流動(dòng)狀況發(fā)生巨大變化。動(dòng)狀況發(fā)生巨大變化。 入口區(qū)附近物料會(huì)受到拉伸作用，出現(xiàn)了明入口區(qū)

12、附近物料會(huì)受到拉伸作用，出現(xiàn)了明顯的流線收斂現(xiàn)象，這種收斂流動(dòng)會(huì)對(duì)剛剛進(jìn)入顯的流線收斂現(xiàn)象，這種收斂流動(dòng)會(huì)對(duì)剛剛進(jìn)入毛細(xì)管的物料流動(dòng)產(chǎn)生非常大的影響。毛細(xì)管的物料流動(dòng)產(chǎn)生非常大的影響。 物料在進(jìn)入毛細(xì)管一段距離之后才能得到充物料在進(jìn)入毛細(xì)管一段距離之后才能得到充分發(fā)展，成為穩(wěn)定流動(dòng)。而在出口區(qū)附近，由于分發(fā)展，成為穩(wěn)定流動(dòng)。而在出口區(qū)附近，由于約束消失，高聚物熔體表現(xiàn)出擠出脹大現(xiàn)象，流約束消失，高聚物熔體表現(xiàn)出擠出脹大現(xiàn)象，流線又隨之發(fā)生變化。線又隨之發(fā)生變化。 物料在毛細(xì)管中的流動(dòng)可分為物料在毛細(xì)管中的流動(dòng)可分為3個(gè)區(qū)域：個(gè)區(qū)域：入口區(qū)、完全發(fā)展的流動(dòng)區(qū)、出口區(qū)入口區(qū)、完全發(fā)展的流動(dòng)區(qū)、出口

13、區(qū)。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt136.1.2 完全發(fā)展區(qū)的流場(chǎng)分析完全發(fā)展區(qū)的流場(chǎng)分析 在毛細(xì)管流變儀的測(cè)量中，由于物料的流動(dòng)存在著在毛細(xì)管流變儀的測(cè)量中，由于物料的流動(dòng)存在著3個(gè)區(qū)域的原因，個(gè)區(qū)域的原因，一部分壓力分別在入口和出口處損失掉一部分壓力分別在入口和出口處損失掉了，因此了，因此得到的數(shù)據(jù)并非充分發(fā)得到的數(shù)據(jù)并非充分發(fā)展段的真實(shí)應(yīng)力和剪切速率展段的真實(shí)應(yīng)力和剪切速率，由此計(jì)算出來(lái)的粘度也是不準(zhǔn)確的，必須，由此計(jì)算出來(lái)的粘度也是不準(zhǔn)確的，必須對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行入口和出口修正。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行入口和出口修正。料筒料筒口?？谀３隹诔隹诹贤擦贤部谀？谀D出物

14、脹大擠出物脹大 高聚物熔體從大直徑料筒進(jìn)入小高聚物熔體從大直徑料筒進(jìn)入小直徑口模會(huì)有能量損失直徑口模會(huì)有能量損失 口模擠出過(guò)程的壓力分布口模擠出過(guò)程的壓力分布穩(wěn)態(tài)層流的穩(wěn)態(tài)層流的粘性能量粘性能量損失損失 e nxdeipppp 口模入口處的壓口模入口處的壓力降力降 被認(rèn)為被認(rèn)為由由3 3個(gè)原因造成個(gè)原因造成 enp 熔體粘滯流動(dòng)的流線熔體粘滯流動(dòng)的流線在入口處產(chǎn)生在入口處產(chǎn)生收斂收斂所引起所引起的能量損失，造成壓力降。的能量損失，造成壓力降。 入口處由高聚物熔體入口處由高聚物熔體產(chǎn)生產(chǎn)生彈性變形彈性變形，彈性能的，彈性能的儲(chǔ)存能量?jī)?chǔ)存能量消耗造成壓力降。消耗造成壓力降。 熔體流經(jīng)入口處，由熔體

15、流經(jīng)入口處，由于于剪切速率的劇烈增加剪切速率的劇烈增加引起引起流體流動(dòng)驟變流體流動(dòng)驟變，為，為達(dá)到穩(wěn)定的流速分布而達(dá)到穩(wěn)定的流速分布而造成壓力降。造成壓力降。 第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt146.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 在全部壓力損失中，在全部壓力損失中，95%95%是由彈性能貯存引起，是由彈性能貯存引起，僅有僅有5%5%由粘性耗散引起。由粘性耗散引起。對(duì)于對(duì)于粘彈性流體粘彈性流體，可將入，可將入口總壓降人為地分成兩部分口總壓降人為地分成兩部分。visenelappp 因此，對(duì)純粘性的牛頓流體，因此，對(duì)純粘性的牛頓流體，入口壓力降入口壓力降很

16、小，很小，可忽略不計(jì)，而對(duì)高聚物粘彈性流體，則必須考慮可忽略不計(jì)，而對(duì)高聚物粘彈性流體，則必須考慮因其彈性變形所導(dǎo)致的壓力損失。相對(duì)而言，因其彈性變形所導(dǎo)致的壓力損失。相對(duì)而言，出口出口壓降壓降比入口壓降要小得多。牛頓流體的出口壓降為比入口壓降要小得多。牛頓流體的出口壓降為0 0；粘彈性流體的彈性形變?nèi)粼诮?jīng)過(guò)毛細(xì)管后尚未；粘彈性流體的彈性形變?nèi)粼诮?jīng)過(guò)毛細(xì)管后尚未完全回復(fù)，至出口處仍殘存部分內(nèi)壓力，即會(huì)導(dǎo)致完全回復(fù)，至出口處仍殘存部分內(nèi)壓力，即會(huì)導(dǎo)致出口壓降。出口壓降。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt Bagley修正修正 考慮和計(jì)入考慮和計(jì)入

17、入口效應(yīng)的壓力損入口效應(yīng)的壓力損失失，常用貝格里，常用貝格里( (Bagley) )方法。方法。在一定剪切速率下，在一定剪切速率下，料筒料筒- -毛細(xì)管毛細(xì)管的總壓力降與毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比是的總壓力降與毛細(xì)管的長(zhǎng)徑比是線性關(guān)系。線性關(guān)系。 貝格里法計(jì)算貝格里法計(jì)算毛細(xì)管壁上毛細(xì)管壁上的剪的剪切應(yīng)力切應(yīng)力R的修正式的修正式( (設(shè)虛擬的延長(zhǎng)設(shè)虛擬的延長(zhǎng)毛細(xì)管長(zhǎng)度毛細(xì)管長(zhǎng)度 ) )00222mRpppRpLLe RLeRR,max2RrzpRL0BLe R第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt166.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持體積流量恒定

18、體積流量恒定，若，若流量變化流量變化，相當(dāng)，相當(dāng)于于剪切速率發(fā)生變化剪切速率發(fā)生變化，則，則e e0 0也會(huì)相應(yīng)變化也會(huì)相應(yīng)變化。由于入。由于入口壓力降主要因流體貯存彈性引起，因此一切影響口壓力降主要因流體貯存彈性引起，因此一切影響材料彈性的因素材料彈性的因素( (如分子量、分子量分布、剪切速如分子量、分子量分布、剪切速率、溫度等率、溫度等) )都會(huì)對(duì)都會(huì)對(duì)e e0 0產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)毛產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)毛細(xì)管長(zhǎng)徑比較小、剪切速率較大、溫度較低時(shí)，入細(xì)管長(zhǎng)徑比較小、剪切速率較大、溫度較低時(shí)，入口修正不能忽略，否則不能得到可靠結(jié)果；而當(dāng)毛口修正不能忽略，否則不能得到可靠結(jié)果；而當(dāng)毛細(xì)管

19、長(zhǎng)徑比很大時(shí)細(xì)管長(zhǎng)徑比很大時(shí)( (L/ /D40)40)，入口區(qū)壓降所占比，入口區(qū)壓降所占比例很小，此時(shí)可不做入口修正。例很小，此時(shí)可不做入口修正。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt176.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 Rabinowitsch修正修正33431313144VVRqqnnnnRnRn313144nnRnnnKnnKKKKKnn第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt181 1 牛頓流體牛頓流體 對(duì)柱面坐標(biāo)系，對(duì)柱面坐標(biāo)系，圓管內(nèi)圓管內(nèi)牛頓流體牛頓流體流動(dòng)速度流動(dòng)速度呈拋物線呈拋物線 2222144z

20、pp RrvrRrLLR哈根哈根- -泊肅葉泊肅葉流量方程流量方程 48p RQL管壁上的剪切速率，即為管壁上的剪切速率，即為最大剪切速率最大剪切速率34RQR定義定義熔體通過(guò)毛細(xì)管的熔體通過(guò)毛細(xì)管的表觀剪表觀剪切速率切速率等于等于管壁的剪切速率管壁的剪切速率34RQR第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt192 2 非牛頓流體非牛頓流體nK 非牛頓流體的非牛頓流體的速率速率和和流量流量，不能用單個(gè)的粘度參量來(lái)，不能用單個(gè)的粘度參量來(lái)描述，而是作為描述，而是作為和和的函數(shù)。的函數(shù)。 和和 又又是剪切速率是剪切速率 的實(shí)驗(yàn)流變曲線上的變量。流動(dòng)方程在建的實(shí)驗(yàn)流變曲線上

21、的變量。流動(dòng)方程在建立與立與流道幾何參量流道幾何參量關(guān)系時(shí)，要顧及實(shí)驗(yàn)獲得流變參量的關(guān)系時(shí)，要顧及實(shí)驗(yàn)獲得流變參量的現(xiàn)實(shí)性。這使得非牛頓流體在研究和應(yīng)用流動(dòng)方程和流現(xiàn)實(shí)性。這使得非牛頓流體在研究和應(yīng)用流動(dòng)方程和流變曲線時(shí)，必須多方面的考慮變曲線時(shí)，必須多方面的考慮、和和。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt20假定流體在管壁無(wú)滑動(dòng)假定流體在管壁無(wú)滑動(dòng)0rRv對(duì)對(duì)r r進(jìn)行整個(gè)截面進(jìn)行整個(gè)截面S S積分積分 11111111212nnnnnnnnnnnpnprv rRrRnK LnK LR速度分布速度分布 13 11300231 231 2nnRRnnnpnQv r

22、 dsv rrdrRRnpRKKnLL非牛頓流體在圓非牛頓流體在圓管中的管中的體積流量體積流量n=1n=1，K=K=48p RQL 112nndvp rrdrKK L非牛頓指數(shù)方程的非牛頓指數(shù)方程的真實(shí)剪切速率真實(shí)剪切速率第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt213 3 非牛頓流體的非牛頓流體的真實(shí)參量真實(shí)參量和和表觀參量表觀參量 112nndvp rrdrKK L 1311300231 231 2nnRRnnnpnQv r dsv rrdrRRnpRKKnLL13331123nRpRK LnnQRRnn12nRpRK L33313131314444RRnQnnnQ

23、nRRnnn311,14nnnRRRRRRRRRR R314RnnRRabinowitschRabinowitsch非牛頓修正非牛頓修正( (管壁管壁真實(shí)剪切速率真實(shí)剪切速率與與表觀剪切速率表觀剪切速率) )第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt22三、非牛頓修正的推導(dǎo)三、非牛頓修正的推導(dǎo) 毛細(xì)管中的流動(dòng)分析如右圖毛細(xì)管中的流動(dòng)分析如右圖 管中為管中為層流流動(dòng)層流流動(dòng)，雷諾數(shù)，雷諾數(shù)R Re e20002000； 流體在流體在管壁上無(wú)滑動(dòng)管壁上無(wú)滑動(dòng)，即，即 呈呈穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)流動(dòng)，即，即 ；0t 一維單向流動(dòng)一維單向流動(dòng)， ，有有 ；0rvv zzvvr(

24、)0zv R 有如下四個(gè)假設(shè)條件有如下四個(gè)假設(shè)條件加深對(duì)流變曲線、真實(shí)流變加深對(duì)流變曲線、真實(shí)流變參量與表觀參量的理解參量與表觀參量的理解第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt23管內(nèi)流體的流動(dòng)參量：管內(nèi)流體的流動(dòng)參量： 剪切速率剪切速率 zd vrd r 流體粘度流體粘度rz 體積流量體積流量2002RRzzQv rdrv dr2200RzRzd vQv rr drd r rzrzRrrR2RpRL管壁：rzr2222rzRRrrzRRdrdr zRRr23301Rzr zr zRd vQdRd r32230RRzzRrzrzrzRRd vd vQddddRdd

25、rd r3321zRRRRRd vdd rRdQ 管壁： R 確定真實(shí)粘度第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt24倘若對(duì)于某個(gè)倘若對(duì)于某個(gè) 對(duì)應(yīng)的斜率對(duì)應(yīng)的斜率p p1 1為為 ： 1R3111RRdpQd3321zRRRRRQRd vdd rd 11111331RRRRRRp 3332334444ln131444lnRRRRRQRQQQRRRdddda3lnln4lnlnRRddnQddR定義111132zRRRd vpd rR aaaln3144lnRRdda33 +143 +14 4 RnQnnRn從流變曲從流變曲線上確定線上確定某點(diǎn)斜率某點(diǎn)斜率P1有困難有

26、困難在在 表觀流變曲線上獲取表觀流變曲線上獲取管壁的管壁的 ，得到真實(shí)，得到真實(shí)lnlnaRR()R 表觀流變曲線上各點(diǎn)切線的表觀流變曲線上各點(diǎn)切線的斜率斜率n對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的流動(dòng)指數(shù)對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的流動(dòng)指數(shù)第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt25aa324RpQRLR , p Qa33 +143 +14 4 RnQnnRnRRRR a,RR,RnRRK非牛頓流體的冪律定律非牛頓流體的冪律定律lnlnlnRRKn33 +1lnln4 4lnlnRnKnnRnQ3ln=4lnRdnnQdR這里3 +1lnlnln4nKKnn3ln4lnRdnQdR3 +1=4nnKKn180H

27、DPE180HDPE熔體的雙對(duì)數(shù)流變曲線熔體的雙對(duì)數(shù)流變曲線102 s-1n = n-1n一個(gè)案例第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt266.1.3 入口壓力降的典型應(yīng)用入口壓力降的典型應(yīng)用6.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 入口壓力降是流體彈性貯能的體現(xiàn)，經(jīng)常被采用入口壓力降是流體彈性貯能的體現(xiàn)，經(jīng)常被采用作為材料彈性性能的一種度量。最典型的應(yīng)用是表作為材料彈性性能的一種度量。最典型的應(yīng)用是表征征PVCPVC的塑化程度的塑化程度( (凝膠化程度凝膠化程度) )。 PVC PVC是幾種最常用的通用塑料之一。在硬質(zhì)是幾種最常用的通用塑料之一。在硬質(zhì)PVCPVC

28、制品加工中，制品加工中，PVCPVC的凝膠化程度一直是質(zhì)量控制的的凝膠化程度一直是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。因?yàn)槟z化程度強(qiáng)烈影響關(guān)鍵。因?yàn)槟z化程度強(qiáng)烈影響PVCPVC制品最終的物制品最終的物理機(jī)械性能。理機(jī)械性能。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt276.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 懸浮法合成的懸浮法合成的PVCPVC具有多層次亞微觀結(jié)構(gòu)具有多層次亞微觀結(jié)構(gòu)( (介觀結(jié)介觀結(jié)構(gòu)構(gòu)): ):粉末粒子粉末粒子、初級(jí)粒子初級(jí)粒子、區(qū)域粒子區(qū)域粒子和和微區(qū)粒子微區(qū)粒子。其中，其中，微區(qū)粒子微區(qū)粒子在加工過(guò)程中的流變狀態(tài)對(duì)在加工過(guò)程中的流變狀態(tài)對(duì)PVCPVC的的塑化程

29、度有重要影響。塑化程度有重要影響。由于由于PVCPVC的熱穩(wěn)定性較差，在加工熔融過(guò)程中，的熱穩(wěn)定性較差，在加工熔融過(guò)程中，盡管采取穩(wěn)定措施，也很難使微區(qū)的晶粒完全熔融；盡管采取穩(wěn)定措施，也很難使微區(qū)的晶粒完全熔融；已經(jīng)熔融的微晶在冷卻過(guò)程中又會(huì)重新結(jié)晶，已經(jīng)熔融的微晶在冷卻過(guò)程中又會(huì)重新結(jié)晶，形成與原始晶態(tài)不同的結(jié)晶度和分布結(jié)構(gòu)。形成與原始晶態(tài)不同的結(jié)晶度和分布結(jié)構(gòu)。這些微晶可能同時(shí)含有幾根分子鏈，形成一種這些微晶可能同時(shí)含有幾根分子鏈，形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使材料具有一定凝膠度。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使材料具有一定凝膠度。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt286.1 6.1

30、毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 長(zhǎng)期以來(lái)，長(zhǎng)期以來(lái)，PVCPVC的凝膠化程度都是無(wú)法定量測(cè)量的凝膠化程度都是無(wú)法定量測(cè)量的，這使其成型加工具有較大的盲目性。近年來(lái)，的，這使其成型加工具有較大的盲目性。近年來(lái)，發(fā)展了幾種測(cè)量方法，如發(fā)展了幾種測(cè)量方法，如DSCDSC和和零長(zhǎng)毛細(xì)管流變儀零長(zhǎng)毛細(xì)管流變儀法，用來(lái)測(cè)量法，用來(lái)測(cè)量PVCPVC在不同溫度和不同配方體系下的在不同溫度和不同配方體系下的凝膠化程度凝膠化程度（相對(duì)測(cè)量）（相對(duì)測(cè)量）。零長(zhǎng)毛細(xì)管流變儀零長(zhǎng)毛細(xì)管流變儀: :長(zhǎng)徑比長(zhǎng)徑比L/D=0.4; ;物料通過(guò)零長(zhǎng)物料通過(guò)零長(zhǎng)毛細(xì)管的流動(dòng)相當(dāng)于只是通過(guò)毛細(xì)管的流動(dòng)相當(dāng)于只是通過(guò)毛細(xì)管入口區(qū)的流動(dòng)，其

31、壓力毛細(xì)管入口區(qū)的流動(dòng)，其壓力降幾乎全部消耗在入口壓力降降幾乎全部消耗在入口壓力降上。反映了物料流經(jīng)入口區(qū)時(shí)上。反映了物料流經(jīng)入口區(qū)時(shí)貯存彈性形變能的大小，熔體貯存彈性形變能的大小，熔體凝膠化程度高，彈性性能好，凝膠化程度高，彈性性能好，入口壓力降就大。入口壓力降就大。PVC/ACR的流率和的流率和凝膠化程度凝膠化程度隨加工溫度變化的曲線隨加工溫度變化的曲線maxmaxminQQGQQ第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt296.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀6.1.4 出口區(qū)的流動(dòng)行為出口區(qū)的流動(dòng)行為 在毛細(xì)管出口區(qū)，粘彈性高聚物流體所表現(xiàn)出的特殊流在毛細(xì)管

32、出口區(qū)，粘彈性高聚物流體所表現(xiàn)出的特殊流動(dòng)行為，主要是動(dòng)行為，主要是擠出脹大現(xiàn)象擠出脹大現(xiàn)象和和出口壓力降不為零出口壓力降不為零。一、擠出脹大現(xiàn)象一、擠出脹大現(xiàn)象從口模中被擠出的高聚物從口模中被擠出的高聚物熔體斷面積熔體斷面積遠(yuǎn)比遠(yuǎn)比口模斷面積口模斷面積大的現(xiàn)象大的現(xiàn)象 擠出脹大的定量表述擠出脹大的定量表述: :222(1);(2) ddBDDBB擠出脹大的原因擠出脹大的原因: :熔體在流動(dòng)期間存在熔體在流動(dòng)期間存在可回復(fù)的彈性變形可回復(fù)的彈性變形(1)(1)高聚物熔體在入口區(qū)經(jīng)受劇烈的拉伸形變，貯存了彈性能，這高聚物熔體在入口區(qū)經(jīng)受劇烈的拉伸形變，貯存了彈性能，這種彈性形變?cè)谖锪辖?jīng)過(guò)毛細(xì)管時(shí)

33、僅得到部分松弛，流出口模后將種彈性形變?cè)谖锪辖?jīng)過(guò)毛細(xì)管時(shí)僅得到部分松弛，流出口模后將繼續(xù)松弛。繼續(xù)松弛。(2)(2)物料在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，大分子鏈在剪切流場(chǎng)作用下發(fā)生拉伸物料在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，大分子鏈在剪切流場(chǎng)作用下發(fā)生拉伸和取向，這部分彈性形變也將在擠出后得到松弛。和取向，這部分彈性形變也將在擠出后得到松弛。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt306.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀擠出脹大的影響因素?cái)D出脹大的影響因素 擠出脹擠出脹大的影大的影響因素響因素(6)(6)口模長(zhǎng)徑比口模長(zhǎng)徑比(2)(2)高聚物的結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)構(gòu)(3)(3)剪切速率剪切速率(5)(

34、5)剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力(4)(4)溫度溫度(7)(7)在口模內(nèi)停留時(shí)間在口模內(nèi)停留時(shí)間(8)(8)口模入口的幾何結(jié)構(gòu)口模入口的幾何結(jié)構(gòu)(1)(1)高聚物的品種高聚物的品種PE、PP、PS第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt316.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(1)(1)高聚物的品種和結(jié)構(gòu)高聚物的品種和結(jié)構(gòu) (1)(1)線形柔順性鏈分子，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻低，松弛時(shí)間短，擠出脹大效應(yīng)線形柔順性鏈分子，內(nèi)旋轉(zhuǎn)位阻低，松弛時(shí)間短，擠出脹大效應(yīng)較弱較弱( (如天然橡膠的脹大比低于如天然橡膠的脹大比低于丁苯丁苯、氯丁、丁腈橡膠、氯丁、丁腈橡膠) )。(2)(2)分子量、分子量

35、、分子量分布和長(zhǎng)鏈支化度；分子量分布和長(zhǎng)鏈支化度；(3)(3)增塑劑減小擠出脹大比；增塑劑減小擠出脹大比；(4)(4)填充補(bǔ)強(qiáng)劑填充補(bǔ)強(qiáng)劑降低擠出脹大比。降低擠出脹大比。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt326.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(3) (3) 當(dāng)口模的長(zhǎng)徑比一定時(shí)，擠出脹大比當(dāng)口模的長(zhǎng)徑比一定時(shí)，擠出脹大比B B隨剪切速率隨剪切速率而而，并在發(fā)生熔體破裂的，并在發(fā)生熔體破裂的臨界剪切速率臨界剪切速率 之前有個(gè)之前有個(gè)最大值最大值 ，而后的，而后的B B值則值則。cmaxB(4) (4) 在低于臨界在低于臨界 的剪切速率下，擠出脹大比的剪切速率

36、下，擠出脹大比B B隨隨溫度溫度而而，但，但最大脹大比最大脹大比隨溫度隨溫度而而。有些特。有些特殊材料如殊材料如PVCPVC，其膨脹比，其膨脹比B B，隨溫度，隨溫度而而。c第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt336.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(5) (5) 在低于發(fā)生熔體破裂的在低于發(fā)生熔體破裂的臨界剪切應(yīng)力臨界剪切應(yīng)力 之下，脹大之下，脹大比比B B隨剪切應(yīng)力隨剪切應(yīng)力的的而而。在高于。在高于 時(shí)時(shí)B B值則值則。但在。但在低于低于 的很小剪切應(yīng)力時(shí)，脹大比的很小剪切應(yīng)力時(shí)，脹大比B B與溫度無(wú)關(guān)與溫度無(wú)關(guān) 。ccc第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用

37、流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt346.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(6) (6) 剪切速率恒定時(shí)，擠出脹大比剪切速率恒定時(shí)，擠出脹大比B B隨口模長(zhǎng)徑比隨口模長(zhǎng)徑比L/DL/D的的 而而 。在。在L/DL/D超過(guò)某一數(shù)值時(shí)超過(guò)某一數(shù)值時(shí)B B為常數(shù)。為常數(shù)。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt356.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(7) (7) 擠出擠出脹大隨熔體在口模內(nèi)停留時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系脹大隨熔體在口模內(nèi)停留時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系 。0expBBBBkt 原因：在停留期間每個(gè)體積單元的原因：在停留期間每個(gè)體積單元的彈性變形彈性變形得到得到逐漸逐漸恢復(fù)恢復(fù)

38、，使，使正應(yīng)力正應(yīng)力有效有效減小減小。 擠出脹大擠出脹大 是典型的是典型的松弛現(xiàn)象松弛現(xiàn)象。若。若t t為通過(guò)口模為通過(guò)口模所需時(shí)間，則擠出脹大可表述為所需時(shí)間，則擠出脹大可表述為 第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt366.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀(8) (8) 擠出擠出脹大與脹大與DR/D、口模入口口模入口幾何結(jié)構(gòu)的關(guān)系。幾何結(jié)構(gòu)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平板形、截錐形和圓筒形入口，在一定剪實(shí)驗(yàn)測(cè)得平板形、截錐形和圓筒形入口，在一定剪切速率下的切速率下的B-(L/R)關(guān)系，三者重合為一條曲線。關(guān)系，三者重合為一條曲線。PEPE擠出脹大比與擠出脹大比與DR/D

39、比值的關(guān)系比值的關(guān)系第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt376.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀二、出口壓力降不為零二、出口壓力降不為零 與擠出脹大現(xiàn)象直接關(guān)聯(lián)的是粘彈性流體在毛細(xì)管出口與擠出脹大現(xiàn)象直接關(guān)聯(lián)的是粘彈性流體在毛細(xì)管出口處壓力降處壓力降( (Pex) )不為零，這兩者實(shí)質(zhì)上均是不為零，這兩者實(shí)質(zhì)上均是粘彈性流體在毛粘彈性流體在毛細(xì)管出口處仍具有剩余可恢復(fù)彈性能細(xì)管出口處仍具有剩余可恢復(fù)彈性能的表現(xiàn)。的表現(xiàn)。擠出脹大比擠出脹大比B B的測(cè)量的測(cè)量: :直接照相、激光掃描或淬冷定型等直接照相、激光掃描或淬冷定型等直接測(cè)量，誤差較大在于擠出物完全松弛的

40、位置不易確定；直接測(cè)量，誤差較大在于擠出物完全松弛的位置不易確定；擠出物直徑易受重力作用而變細(xì)。擠出物直徑易受重力作用而變細(xì)。出口壓力出口壓力Pex的測(cè)定的測(cè)定: :窄縫式毛細(xì)管，毛細(xì)管上的壓力梯窄縫式毛細(xì)管，毛細(xì)管上的壓力梯度由壓力傳感器直接測(cè)量，而后外推得到出口處壓力。度由壓力傳感器直接測(cè)量，而后外推得到出口處壓力。 一切影響擠出脹大比的因素也均以同樣規(guī)律影響一切影響擠出脹大比的因素也均以同樣規(guī)律影響Pex的變化。的變化。 由于擠出脹大比是粘彈性材料在流動(dòng)條件下彈性大小的由于擠出脹大比是粘彈性材料在流動(dòng)條件下彈性大小的體現(xiàn)，因此將擠出脹大比和出口壓力的測(cè)量與法向應(yīng)力差體現(xiàn)，因此將擠出脹大比

41、和出口壓力的測(cè)量與法向應(yīng)力差函數(shù)相互聯(lián)系才更有實(shí)際意義。函數(shù)相互聯(lián)系才更有實(shí)際意義。162Tanner:222ddHan:();()ddxxywwyxxyyyywwwexexzzexBPPP第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt386.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀6.1.5 基本應(yīng)用基本應(yīng)用1、高聚物熔體剪切粘度的研究、高聚物熔體剪切粘度的研究2、流動(dòng)曲線的時(shí)溫疊加、流動(dòng)曲線的時(shí)溫疊加3、高聚物熔體彈性的研究、高聚物熔體彈性的研究第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt396.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀1、高聚物熔體剪切粘

42、度的研究、高聚物熔體剪切粘度的研究 毛細(xì)管流變儀最廣泛的應(yīng)用是毛細(xì)管流變儀最廣泛的應(yīng)用是測(cè)定高聚物熔體的粘度測(cè)定高聚物熔體的粘度( (0 0 和和) )及及其與剪切速率的關(guān)系其與剪切速率的關(guān)系。 通過(guò)測(cè)定通過(guò)測(cè)定0 0隨各種高聚物本征結(jié)構(gòu)參數(shù)隨各種高聚物本征結(jié)構(gòu)參數(shù)( (如分子量、分如分子量、分子量分布、支化程度子量分布、支化程度) )與流場(chǎng)參數(shù)與流場(chǎng)參數(shù)( (如剪切速率、溫度、如剪切速率、溫度、壓力壓力) )的變化值，即可建立它們之間的定量關(guān)系式，得到的變化值，即可建立它們之間的定量關(guān)系式，得到理論模型的各項(xiàng)常數(shù)。理論模型的各項(xiàng)常數(shù)。 通過(guò)測(cè)定復(fù)雜體系如填充、共混體系剪切粘度通過(guò)測(cè)定復(fù)雜體系

43、如填充、共混體系剪切粘度與濃度與濃度和流場(chǎng)參數(shù)的關(guān)系，也可建立半定量的流變模型，從而和流場(chǎng)參數(shù)的關(guān)系，也可建立半定量的流變模型，從而指導(dǎo)這類(lèi)復(fù)雜體系的加工成型。指導(dǎo)這類(lèi)復(fù)雜體系的加工成型。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt402、流動(dòng)曲線的時(shí)溫疊加、流動(dòng)曲線的時(shí)溫疊加6.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀 高聚物的粘度對(duì)溫度和剪切速率都有依賴性，因此可利高聚物的粘度對(duì)溫度和剪切速率都有依賴性，因此可利用時(shí)溫轉(zhuǎn)換原理將不同溫度下的流動(dòng)曲線疊加成一條流動(dòng)用時(shí)溫轉(zhuǎn)換原理將不同溫度下的流動(dòng)曲線疊加成一條流動(dòng)總曲線，使人們可通過(guò)少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲悉更廣闊溫度范圍總曲線，使人

44、們可通過(guò)少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲悉更廣闊溫度范圍和剪切速率范圍內(nèi)的流動(dòng)信息，有利于材料的表征。和剪切速率范圍內(nèi)的流動(dòng)信息，有利于材料的表征。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt416.1 6.1 毛毛細(xì)細(xì)管管流流變變儀儀6.1.6 毛細(xì)流變儀測(cè)粘數(shù)據(jù)處理毛細(xì)流變儀測(cè)粘數(shù)據(jù)處理 在用毛細(xì)管流變儀測(cè)試高聚物熔體的流變性能過(guò)程中，在用毛細(xì)管流變儀測(cè)試高聚物熔體的流變性能過(guò)程中，在一定溫度條件下都可得到兩個(gè)基本數(shù)據(jù)。在一定溫度條件下都可得到兩個(gè)基本數(shù)據(jù)。(1)(1)作用在料筒上的總負(fù)荷；作用在料筒上的總負(fù)荷；(2)(2)與負(fù)荷相平衡時(shí)的滑塞速度與負(fù)荷相平衡時(shí)的滑塞速度 假定假定料筒

45、總負(fù)荷料筒總負(fù)荷：f(N); 滑塞的平衡速度滑塞的平衡速度: :物料在毛細(xì)管的平均速度物料在毛細(xì)管的平均速度: : 毛細(xì)管的長(zhǎng)度毛細(xì)管的長(zhǎng)度: :l(m) )毛細(xì)管的直徑毛細(xì)管的直徑: :d(m) 料筒的直徑：料筒的直徑：D( (m) )所選毛細(xì)管長(zhǎng)徑比所選毛細(xì)管長(zhǎng)徑比( (l/ /d)40)40(/ )V m s(/ )v m s 已知兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)試條件和毛細(xì)管的幾何尺寸，已知兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)試條件和毛細(xì)管的幾何尺寸，進(jìn)行一系列的計(jì)算可得到有關(guān)物料流變性能的一組數(shù)據(jù)。進(jìn)行一系列的計(jì)算可得到有關(guān)物料流變性能的一組數(shù)據(jù)。當(dāng)負(fù)荷與滑塞速度平衡時(shí)，得到當(dāng)負(fù)荷與滑塞速度平衡時(shí)，得到22V

46、Dvd物料在毛物料在毛細(xì)管的平細(xì)管的平均速度均速度214fpD 毛細(xì)管兩端毛細(xì)管兩端的推動(dòng)力的推動(dòng)力8avd毛細(xì)管管壁毛細(xì)管管壁處的表觀剪處的表觀剪切速率切速率第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt42 由于毛細(xì)管長(zhǎng)徑比由于毛細(xì)管長(zhǎng)徑比( (l/ /d)40)40，不進(jìn)行入口壓力降修正，不進(jìn)行入口壓力降修正，可直接用平衡時(shí)剪切應(yīng)力方程計(jì)算?？芍苯佑闷胶鈺r(shí)剪切應(yīng)力方程計(jì)算。毛細(xì)管管壁處毛細(xì)管管壁處的剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力4wdpl非牛頓指數(shù)非牛頓指數(shù)dlgdlgwan毛細(xì)管管壁處毛細(xì)管管壁處的剪切速率的剪切速率dlg(3)4dlgaaww毛細(xì)管管壁毛細(xì)管管壁處的粘度處的粘

47、度wwlglglglg或或流動(dòng)曲線圖流動(dòng)曲線圖 ， ，求一定剪切條件下，求一定剪切條件下( (固定固定剪切應(yīng)力或剪切速率剪切應(yīng)力或剪切速率) )，- -T的關(guān)系數(shù)據(jù)。使用這些數(shù)據(jù)，的關(guān)系數(shù)據(jù)。使用這些數(shù)據(jù)，通過(guò)作圖或通過(guò)通過(guò)作圖或通過(guò)Arrhenius方程，很方便地求出等剪切應(yīng)力方程，很方便地求出等剪切應(yīng)力流動(dòng)活化能流動(dòng)活化能 和等剪切速率流動(dòng)活化能和等剪切速率流動(dòng)活化能 。EE精選ppt43第第1313次次課課 作作業(yè)業(yè)題題2 2 在毛細(xì)管流變儀的測(cè)量中，要得到準(zhǔn)確的粘度，在毛細(xì)管流變儀的測(cè)量中，要得到準(zhǔn)確的粘度，必須對(duì)所得數(shù)據(jù)做出哪些修正？必須對(duì)所得數(shù)據(jù)做出哪些修正？1 1 物料在毛細(xì)管中

48、的流動(dòng)可分為哪物料在毛細(xì)管中的流動(dòng)可分為哪3 3個(gè)區(qū)域？個(gè)區(qū)域？3 3 入口壓力降反映了什么，最典型的應(yīng)用是什么？入口壓力降反映了什么，最典型的應(yīng)用是什么？4 4 入口效應(yīng)和擠出脹大的含義。入口效應(yīng)和擠出脹大的含義。5 5 簡(jiǎn)述影響擠出脹大的因素？簡(jiǎn)述影響擠出脹大的因素？6 6 出口壓力降不為零的實(shí)質(zhì)是什么？出口壓力降不為零的實(shí)質(zhì)是什么？第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt446.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀6.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 錐板錐板6.2.3 平行板平行板6.2.4 同軸圓筒同軸圓筒6.2.5 測(cè)量系統(tǒng)選擇測(cè)量系統(tǒng)選擇6.2.6 測(cè)量模

49、式的選擇測(cè)量模式的選擇第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt456.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀 旋轉(zhuǎn)流變儀是現(xiàn)代流變儀中的重要組成部分，它旋轉(zhuǎn)流變儀是現(xiàn)代流變儀中的重要組成部分，它依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生簡(jiǎn)單剪切，快速確定材料的粘依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生簡(jiǎn)單剪切，快速確定材料的粘性、彈性等各方面的流變性能。性、彈性等各方面的流變性能。6.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)兩種類(lèi)型兩種類(lèi)型：(1) (1) 應(yīng)變控制型應(yīng)變控制型18881888年由年由CouetteCouette提出，驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具，測(cè)量產(chǎn)生的力矩。提出，驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具，測(cè)量產(chǎn)生的力矩。即控制施加的應(yīng)變，測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)力。即

50、控制施加的應(yīng)變，測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)力。(2) (2) 應(yīng)力控制型應(yīng)力控制型19121912年由年由SearleSearle提出，施加一定的力矩，測(cè)量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)提出，施加一定的力矩，測(cè)量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)速度。即控制施加的應(yīng)力，測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)變。速度。即控制施加的應(yīng)力，測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)變。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt466.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀6.2.2 錐板錐板錐板流體的錐板流體的錐面切向剪切速率錐面切向剪切速率 = 流動(dòng)分析：流動(dòng)分析：穩(wěn)定穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)拖曳流動(dòng)的扭轉(zhuǎn)拖曳流動(dòng) 拖曳流動(dòng)拖曳流動(dòng)由許多圓錐角表面由許多圓錐角表面處處的的周向流體層微單元周向流體層微單元流

51、動(dòng)構(gòu)成流動(dòng)構(gòu)成 流體只存在圓錐角表面流體只存在圓錐角表面處的圓處的圓周流動(dòng)周流動(dòng),vvr0rvv根據(jù)根據(jù)球面坐標(biāo)系中球面坐標(biāo)系中剪切應(yīng)變速率張量的分量剪切應(yīng)變速率張量的分量 展開(kāi)式展開(kāi)式 sinsinsinsin11cossinvvvrrrvvrdrvrd 002dd 0const由于由于 0很小很小，近似地把錐板流，近似地把錐板流動(dòng)認(rèn)為是動(dòng)認(rèn)為是穩(wěn)定的簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)穩(wěn)定的簡(jiǎn)單剪切流動(dòng) sinsin901 這個(gè)結(jié)果雖然是從牛頓流體得出，但通常假設(shè)對(duì)于粘彈性流體也成立。這個(gè)結(jié)果雖然是從牛頓流體得出，但通常假設(shè)對(duì)于粘彈性流體也成立。一一 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)022020220第第6章章 流變儀的基本原理

52、及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt476.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）剪切速率恒定，無(wú)需對(duì)流動(dòng)動(dòng)力學(xué)作任何假設(shè)；）剪切速率恒定，無(wú)需對(duì)流動(dòng)動(dòng)力學(xué)作任何假設(shè)；（2）測(cè)試僅需要少量樣品，尤其適用于實(shí)驗(yàn)室合成的少量）測(cè)試僅需要少量樣品，尤其適用于實(shí)驗(yàn)室合成的少量聚合物或生物流體；聚合物或生物流體；（3）體系有極好的傳熱和溫度控制；）體系有極好的傳熱和溫度控制；（4）可以忽略末端效應(yīng)，特別是在使用少量樣品，且低速）可以忽略末端效應(yīng)，特別是在使用少量樣品，且低速旋轉(zhuǎn)的情況。旋轉(zhuǎn)的情況。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）體系只能局限在很小的剪切速率范圍內(nèi)；）體系只能局限在很小的剪切速率范圍內(nèi)；（2）

53、含揮發(fā)性溶劑的溶液中，溶劑揮發(fā)和自由邊界會(huì)給測(cè)）含揮發(fā)性溶劑的溶液中，溶劑揮發(fā)和自由邊界會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)不利影響；有時(shí)需要進(jìn)行一定的涂覆惰性物質(zhì)量結(jié)果帶來(lái)不利影響；有時(shí)需要進(jìn)行一定的涂覆惰性物質(zhì)處理，如硅油或甘油；處理，如硅油或甘油；（3）多相體系中，分散相粒子的尺寸若和兩板間距相近，）多相體系中，分散相粒子的尺寸若和兩板間距相近，則誤差很大；則誤差很大；（4）一般不用于溫度掃描實(shí)驗(yàn)。）一般不用于溫度掃描實(shí)驗(yàn)。錐板結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)錐板結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt486.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀二二 粘度測(cè)量粘度測(cè)量 采用錐板結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流變儀

54、測(cè)量粘度時(shí)，因?yàn)榧羟兴俾试诓捎缅F板結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)量粘度時(shí)，因?yàn)榧羟兴俾试陂g隙中是恒定的，因此間隙中是恒定的，因此粘度可以從扭矩中求得粘度可以從扭矩中求得。由于剪切應(yīng)。由于剪切應(yīng)力也是常數(shù)，扭矩可表示為：力也是常數(shù)，扭矩可表示為：230303030232d322332RMrrRRMRMRM 這樣的簡(jiǎn)單關(guān)系使得錐板在粘度測(cè)量方面得到廣泛應(yīng)用。這樣的簡(jiǎn)單關(guān)系使得錐板在粘度測(cè)量方面得到廣泛應(yīng)用。此處得到的粘度在慣性效應(yīng)可以忽略的情況下也適用于瞬態(tài)此處得到的粘度在慣性效應(yīng)可以忽略的情況下也適用于瞬態(tài)剪切流動(dòng)。剪切流動(dòng)。第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt496.2 6.

55、2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀二二 第一法向應(yīng)力差測(cè)量第一法向應(yīng)力差測(cè)量 要測(cè)出錐板流變儀中錐板流體的第一和第二法向應(yīng)要測(cè)出錐板流變儀中錐板流體的第一和第二法向應(yīng)力差，除需測(cè)得轉(zhuǎn)速力差，除需測(cè)得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩M以求得以求得 和和外，還外，還需測(cè)出需測(cè)出轉(zhuǎn)軸上的推力轉(zhuǎn)軸上的推力F。 112N 222rrrrN 在在球面球面坐標(biāo)系（坐標(biāo)系（,r）中有第一和第二法向應(yīng)力差。）中有第一和第二法向應(yīng)力差。作用在錐板流體上的軸向力作用在錐板流體上的軸向力F 20a22RFrdrR p對(duì)圓錐壁面上的對(duì)圓錐壁面上的正壓力正壓力，被分解，被分解成作用在圓錐中心線方向的壓力成作用在圓錐中心線方向的壓力 大氣壓力對(duì)大氣

56、壓力對(duì)圓錐板的作圓錐板的作用力用力 rraRp第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt50 錐板流體的法向應(yīng)力差測(cè)定式，以球面坐標(biāo)系的錐板流體的法向應(yīng)力差測(cè)定式，以球面坐標(biāo)系的動(dòng)量展動(dòng)量展開(kāi)式開(kāi)式為依據(jù)。在為依據(jù)。在向徑向徑r r分量分量的的動(dòng)量方程式動(dòng)量方程式中中22sinrrrrrvvvvvrrrvtvrvv22111sinsinsinrrrrrrrrrrprrg2210rrrrrr,rrrrppp 有靜壓有靜壓P P作用時(shí)作用時(shí)2lnr rr rr 2210r rrrrr 重力重力 壓力壓力 慣性力慣性力 =0 =0 離心力離心力 第第6章章 流變儀的基本原理及

57、應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt51 ()2lnlnrrpppprr()2lnlnrrprr常數(shù)2lnrrrrr 法向應(yīng)力法向應(yīng)力是對(duì)是對(duì)剪剪切速率切速率的的獨(dú)立函獨(dú)立函數(shù)數(shù)。由于錐板流體中由于錐板流體中剪切速率剪切速率 處處處相等處相等。rrrr 常數(shù)lnlnr rrr ,rrrrppp 由于第二法向應(yīng)力差是負(fù)值，且較小，兩個(gè)法向應(yīng)力差由于第二法向應(yīng)力差是負(fù)值，且較小，兩個(gè)法向應(yīng)力差系數(shù)的組合項(xiàng)必定是正值。系數(shù)的組合項(xiàng)必定是正值。 常數(shù)第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt52 由法向應(yīng)力差的定義由法向應(yīng)力差的定義 rR當(dāng)當(dāng)r=Rr=R時(shí)，時(shí)， ln0rR因0

58、, lnrrR r 增大112N 222rrrrN ()2lnlnrrprr常數(shù) 122dd()2dln2( ln)( ln)2RRRrrrrrrrprrprRrRrpRR 流體在圓錐壁面的正壓力流體在圓錐壁面的正壓力 是變量，且向著中心增大。是變量，且向著中心增大。 r第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt536.2 6.2 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)流流變變儀儀作用在錐板流體上的軸向力作用在錐板流體上的軸向力F F 2aa00222()2RRFp rdrrdrR p 222a122rrFRRRR p 2lnrrrrpRR rraRp 2212rrrrrrFRRRR 第第6章章 流

59、變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt542211221122FRR 所以，所以，測(cè)得軸向力測(cè)得軸向力F，就能計(jì)算直角坐標(biāo)系的法向應(yīng)力差，就能計(jì)算直角坐標(biāo)系的法向應(yīng)力差 1112222FNR 21 22rr 2212rrrrrrFRRRR rrrrrrRR rrrr 2122FR rrrrrrRR a222rrRRpR 第第6章章 流變儀的基本原理及應(yīng)用流變儀的基本原理及應(yīng)用精選ppt55 錐板流變儀，由于被測(cè)錐板流體的剪切速率錐板流變儀，由于被測(cè)錐板流體的剪切速率 處處相處處相等，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，等，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，可直接測(cè)得第一法向應(yīng)力可直接測(cè)得第一法向應(yīng)力N1。但第。但第二法向

60、應(yīng)力差系數(shù)測(cè)定有一定困難。需要在靜止平板上二法向應(yīng)力差系數(shù)測(cè)定有一定困難。需要在靜止平板上沿徑向裝上沿徑向裝上壓力傳感器壓力傳感器，以測(cè)得，以測(cè)得 或或 。其中外緣。其中外緣的的 最小。而且最小。而且圓錐板的轉(zhuǎn)速圓錐板的轉(zhuǎn)速不能過(guò)高。當(dāng)錐不能過(guò)高。當(dāng)錐角角 。此流變儀的測(cè)量誤差。此流變儀的測(cè)量誤差產(chǎn)生有四個(gè)主要因素。產(chǎn)生有四個(gè)主要因素。 r r R11410s2100s時(shí)，；時(shí)， 推導(dǎo)中推導(dǎo)中忽略忽略了流體的了流體的慣性力作用慣性力作用，測(cè)得的軸向推力偏小。，測(cè)得的軸向推力偏小。 忽略忽略了了離心力的作用離心力的作用，當(dāng)錐板轉(zhuǎn)速較高和錐角較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)，當(dāng)錐板轉(zhuǎn)速較高和錐角較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生非測(cè)粘的