聚合物熔體流變性PPT課件

1、2022-7-81 （1）剪切應(yīng)力（）：AFy一基本概念1粘度的定義（2）剪切速率（）（3）粘度（）：第1頁/共31頁2022-7-822流動曲線定義就是剪切應(yīng)力()與剪切速率()的關(guān)系曲線第2頁/共31頁2022-7-833牛頓流體 粘度不隨剪切應(yīng)力和剪切速率的大小而改變，始終保持常數(shù)的流體，稱為為常數(shù)第3頁/共31頁2022-7-844非牛頓流體 不是常數(shù) 非牛頓流體的剪切應(yīng)力和剪切速率之間不呈直線關(guān)系，通常采用“冪次定律”的經(jīng)驗方程來描述其流動行為。第4頁/共31頁2022-7-85 = K nK：常數(shù)；（非稠度）n：流動指數(shù)。非牛頓流體： 粘度隨剪切應(yīng)力和剪切速率的變化而改變的流體。第

2、5頁/共31頁2022-7-861粘度與時間無關(guān)（1）假塑性流體二非牛頓流體的類型粘度隨剪切速率的增加而減小，即剪切變稀n1在聚合物熔體和濃溶液中罕見，在聚合物乳液、懸浮液中常見。第7頁/共31頁2022-7-88（3）賓漢流體又稱塑性流體在剪切力小于某一臨界值y 時不發(fā)生流動，而超過 y 后，則可像牛頓流體一樣流動。呈現(xiàn)這種行為的物質(zhì)有泥漿、牙膏和油脂等，涂料特別需要具有這種塑性。第8頁/共31頁2022-7-89（4）非賓漢流體(了解） 又稱非塑性流體。同賓漢流體類似，但超過y 后，其流動不符合牛頓流體，即流動曲線是非線性的。第9頁/共31頁2022-7-8102粘度與時間有關(guān)的（1）觸變

3、性流體 在恒定的剪切速率下（或剪切應(yīng)力），流體的粘度隨時間的增加而降低，這種流體稱為觸變性流體（或搖溶液體）。 凍膠是最常見的典型觸變物質(zhì)。第10頁/共31頁2022-7-811（2）震凝性流體 在恒定的剪切速率下（或剪切應(yīng)力），流體的粘度隨時間的增加而增加，這種流體稱為震凝性流體（或搖凝液體），或反觸變流體。 變稠與某種結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)。第11頁/共31頁2022-7-812三高聚物粘性流動的特點1高分子的流動是通過鏈段的位移運動來完成的 小分子的流動，可用簡單模型描述。 低分子液體中存在許多與分子尺寸相當?shù)目昭ā?外力存在使分子沿作用力方向躍遷的幾率比其他方向大。第12頁/共31頁2022-

4、7-813 溫度升高，分子熱運動能量增加，液體中的空穴也隨著增加和膨脹，流動的阻力減小。液體的粘度與溫度 T 之間有如下關(guān)系。RTEAe/E流動活化能，分子向穴躍遷時克服周圍分子作用所需要的能量；粘度第13頁/共31頁2022-7-814 產(chǎn)生高分子大小的空穴是困難的；理論推算1000個-CH2-的E=2.1MJ/mol；比-C-C-鍵能(3.4kJ/mol)大。實測烴類同系物的E ，當C原子數(shù)大于20-30時與分子量無關(guān)。不同分子量高聚物的流動活化能與分子量無關(guān)。實驗事實 分子量增大，E 增大，每增加一個-CH2-，E 大約增加約 2.1 kJ/mol第14頁/共31頁2022-7-815高

5、分子流動通過鏈段的相繼躍遷來實現(xiàn)高分子的流動2高分子流動不符合牛頓流體流動規(guī)律 大多數(shù)聚合物的熔體和濃溶液屬假塑性流體，其粘度隨剪切速率的增加而減小。第15頁/共31頁2022-7-8163高分子流動時伴有高彈形變 低分子液體流動是完全不可逆的。 高聚物進行粘性流動時，伴隨一定的高彈形變，這部分是可逆的。第16頁/共31頁2022-7-817高彈形變的恢復(fù)過程是一個松弛過程柔性、溫度高彈形變與加工成型第17頁/共31頁2022-7-818四影響粘流溫度的因素 聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)時的溫度稱為粘流溫度，用 Tf 表示。 在粘流溫度以上，在外力作用下，聚合物不僅鏈段能夠運動，而且整個分子鏈也

6、能發(fā)生相對移動，在宏觀上表現(xiàn)為粘性流動，產(chǎn)生不可逆的流動形變。第18頁/共31頁2022-7-819 粘流溫度是聚合物開始粘性流動的溫度，是聚合物成型加工的下限溫度。 聚合物的分解溫度（Td）則是聚合物加工的上限溫度。 粘流溫度對于選擇最佳加工條件是很重要的。第19頁/共31頁2022-7-8201高分子的柔性 分子鏈柔順性好，內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘低，流動單元小，流動所需要的空穴小，流動活化能也較低，可在較低的溫度下即可發(fā)生粘性流動。分子鏈愈柔順，粘流溫度越低；分子鏈越剛性，粘流溫度越高。第20頁/共31頁2022-7-8212高分子的極性 極性越大，分子間的相互作用也愈大，需要在較高的溫度下以提高分

7、子運動的熱能才能克服分子間的相互作用而產(chǎn)生粘性流動。極性聚合物的粘流溫度比非極性聚合物高第21頁/共31頁2022-7-8223分子量 粘流溫度是整個高分子鏈開始運動的溫度分子量越大，粘流溫度越高分子量越大，分子鏈越長，分子鏈相對滑動時的內(nèi)摩擦力就越大。并且鏈段的熱運動阻礙著整個分子鏈在外力作用下的定向運動。第22頁/共31頁2022-7-823 成型溫度愈高愈不利。因此，在不影響制品基本性能要求的前提下，適當降低分子量是必要的。 由于高聚物分子量的多分散性，實際上非晶高聚物沒有明晰的粘流溫度，而往往是一個較寬的軟化區(qū)域，在此溫度區(qū)域內(nèi)，均易于流動，可進行成型加工。第23頁/共31頁2022-

8、7-824五聚合物流動性的表征1熔體粘度(1) 表觀粘度 聚合物熔體和濃溶液都屬非牛頓牛體，其剪切應(yīng)力對剪切速率作圖得不到直線，即其粘度有剪切速率依賴性。第24頁/共31頁2022-7-825 用 / 定義的粘度不是常數(shù)，引入表觀粘度的概念a，定義：1naKa第25頁/共31頁2022-7-826(2) 零切粘度 低剪切速率下，非牛頓流體表現(xiàn)出牛頓流體的特性，由 對 曲線的起始斜率可得到牛頓粘度。 定義剪切速率趨于零時的粘度為零切速率粘度，簡稱零切粘度： 000limlima第26頁/共31頁2022-7-827(3) 無窮剪切粘度0limlima定義剪切速率趨于無窮大時的粘度為無窮剪切粘度對于假塑性流體：0 a 第27頁/共31頁2022-7-8282熔融指數(shù) 在一定溫度下，熔融狀態(tài)的高聚物在一定負荷下，十分鐘內(nèi)從規(guī)定直徑和長度的標準毛細管中流出的重量（克數(shù)）。熔融指數(shù)越大，則流動性越好，熔融指數(shù)的單位為克。（沒有明確的物理意義，但可作為流動性好壞的指標）第28頁/共31頁2022-7-829課堂討論課堂討論第29頁/共31頁2022-7-830 1什么叫剪切應(yīng)力、剪切速率和粘度？ 2什么是牛頓流體？什么是非牛頓流體？ 3高聚物的流動有什么特