聚合物加工基礎(chǔ)流動與形變演示文稿

聚合物加工基礎(chǔ)流動與形變演示文稿目前一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點（優(yōu)選）聚合物加工基礎(chǔ)流動與形變目前二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

聚合物加工流變學(xué)主要任務(wù)：以聚合物流體（主要是熔體）作為研究對象，應(yīng)用流變學(xué)的基本原理，分析和處理高分子材料加工過程中的工藝和工程問題，從而提高制品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

簡單說：聚合物流體的流變學(xué)是研究聚合物流動和形變的科學(xué)。而聚合物加工流變學(xué)就是適應(yīng)聚合物加工發(fā)展的需要而提出的。目前三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點聚合物流體包括粘流溫度Tf或熔點Tm以上的熔融聚合物（熔體）在不高溫度下保持流動的聚合物溶液（液體）或懸浮體（分散體）目前四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點教學(xué)目的和要求1、掌握粘度的定義及影響粘度的因素。2、了解彈性的表現(xiàn)和表征。3、了解聚合物的流動類型。重點和難點1、聚合物的非牛頓剪切粘性。2、聚合物流體的彈性行為。目前五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點層流和湍流

聚合物熔體，在成型過程中流動時，其雷諾準數(shù)一般小于10，分散體也不會大于2100，因此其流動均為層流。Re<2100層流Re>2500湍流Re=2100～2500過渡態(tài)（介于層流與湍流）低分子流體3.1聚合物的流變性質(zhì)目前六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

原因：粘度高，如低密度聚乙烯的熔體粘度約0.3×102～1×103Pa·s，而且流速較低，在加工過程中剪切速率一般不大于103s-1。

但是在特殊場合，如經(jīng)小澆口的熔體注射進大型腔，由于剪切應(yīng)力過大等原因，會出現(xiàn)彈性湍流，熔體會發(fā)生破碎，破壞成型。注意目前七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

凡流體在輸送通道中流動時，該流體在任何部位的流動狀況保持恒定，不隨時間而變化，即一切影響流體流動的因素都不隨時間而改變，此種流動稱為穩(wěn)定流動。所謂穩(wěn)定流動，并非是流體在各部位的速度以及物理狀態(tài)都相同。而是指在任何一定部位，它們均不隨時間而變化。穩(wěn)定流動與不穩(wěn)定流動

正常操作的擠出機中，塑料熔體沿螺桿螺槽向前流動屬穩(wěn)定流動，因其流速、流量、壓力和溫度分布等參數(shù)均不隨時間而變動。目前八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

等溫流動是指流體各處的溫度保持不變情況下的流動。在等溫流動情況下，流體與外界可以進行熱量傳遞，但傳入和輸出的熱量應(yīng)保持相等。常常將熔體充模流動階段當(dāng)作等溫流動過程來處理，因為不會有過大的偏差，卻可以使充模過程的流變分析大為簡化。等溫流動和非等溫流動實際目前九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

在聚合物加工的實際條件下，聚合物流體的流動一般均呈現(xiàn)非等溫狀態(tài)。一方面是由于成型工藝要求將流道各區(qū)域控制在不同的溫度下；另一方面，是由于粘性流動過程中有生熱和熱效應(yīng)。這些都使其在流道徑向和軸向存在一定的溫度差。例如塑料的注射成型，熔體在進入低溫的模具后就開始冷卻降溫。目前十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點拉伸流動：質(zhì)點速度沿著流動方向發(fā)生變化；剪切流動：質(zhì)點速度僅沿著與流動方向垂直的方向發(fā)生變化。拉伸流動和剪切流動

按照流體內(nèi)質(zhì)點速度分布與流動方向關(guān)系，可將聚合物加工時的流體的流動分為兩類：目前十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

由邊界的運動而產(chǎn)生的流動，如運轉(zhuǎn)滾筒表面對流體的剪切摩擦而產(chǎn)生流動，即為拖曳流動。而邊界固定，由外壓力作用于流體而產(chǎn)生的流動，稱為壓力流動。

剪切流動按其流動的邊界條件可分為拖曳流動和壓力流動

聚合物熔體注射成型時，在流道內(nèi)的流動屬于壓力梯度引起的剪切流動。聚合物在擠出機螺槽中的流動為另一種剪切流動，即拖曳流動。例如目前十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

聚合物流體在加工過程中受力的類型有三種：

剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力和靜壓力。

在高分子材料成型過程中，聚合物的材料隨受力性質(zhì)與作用位置的不同而產(chǎn)生不同類型的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率。聚合物流體的非牛頓剪切粘性

對成型影響最大的是剪切應(yīng)力,因為成型時液態(tài)聚合物在設(shè)備或模具中流動的壓力降、所需功率以及制品質(zhì)量等都要受到它的制約。

其次是拉伸應(yīng)力，經(jīng)常與剪切應(yīng)力同時出現(xiàn)，如用吹塑法或拉幅法生產(chǎn)薄膜，熔體在變截面導(dǎo)管中的流動以及單絲的生產(chǎn)等。成型時液體靜壓力影響相對較小，可忽略不計，但對粘度有影響。目前十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

例如：聚合物在簡單的管和槽中的流動，由于壓力的作用引起的流動，屬于簡單的一維壓力流動，在流動中只受到剪切力的作用。

聚合物加工時受到剪切力作用產(chǎn)生的流動稱為剪切流動。

為研究方便，可將層流流體視為一層層彼此相鄰的液體在剪切應(yīng)力τ作用下的相對滑移。目前十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點目前十五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

在一定溫度下，施加于相距dr的液層上的剪切應(yīng)力（單位為N/m2）,與層流間的剪切速率dυ/dr（又稱速度梯度，單位為s-1）成正比，其表達式：

式中η-比例常數(shù)，稱為粘度，Pa·s層流可以用牛頓流體流動定律來描述：目前十六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點加工過程中聚合物流變行為可用粘度η表征粘度：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變形的能力。目前十七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

對于小分子流體該粘度為常數(shù)，稱為牛頓粘度。而對于聚合物流體，由于大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和纏結(jié)，剪切力和剪切速率不成比例，流體的剪切粘度不是常數(shù)，依賴于剪切作用。具有這種行為的流體稱為非牛頓流體，非牛頓流體的粘度定義為非牛頓粘度或表觀粘度。目前十八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

根據(jù)應(yīng)變時有無彈性和應(yīng)變對時間有無依賴關(guān)系，非牛頓液體分為：非牛頓液體粘彈性液體有時間依賴性液體（賓哈液體、假塑性液體和膨脹性液體）震凝性液體（t↑→η↑）觸變性液體（t↑→η↓）粘性液體非牛頓液體類型目前十九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點描述非牛頓流體流動的關(guān)系式采用冪律定律式中的n為非牛頓指數(shù)，當(dāng)n=1時流體具有牛頓行為；當(dāng)n=1，當(dāng)剪切應(yīng)力低于屈服應(yīng)力時流體靜止并有一定剛度，但當(dāng)剪切應(yīng)力超過時流體就流動，這種流體稱為賓漢塑性流體;當(dāng)n＜1時，表觀粘度隨剪切速率的增大而減小，這種流體稱為假塑性流體或切力變稀流體，大部分聚合物流體都屬于這種；當(dāng)n＞1，表觀粘度隨剪切速率的增大而增大，這種流體稱為膨脹性流體或切力增稠流體。K:粘度系數(shù)N:非牛頓指數(shù)目前二十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點流體的流動曲線類型目前二十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點流動類型流動規(guī)律符合的流體備注牛頓流體

(η為常數(shù))PC和PVDC接近低分子多為此類假塑性流體

n<1大多數(shù)聚合物熔體、溶液、糊剪切增加，粘度下降。原因為分子“解纏”膨脹性流體

n>1高固體含量的糊剪切增加，粘度升高目前二十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點切力變稀流體的流動曲線觀察曲線通過曲線看到：粘度對剪切速率的依賴關(guān)系目前二十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

假塑性流體的粘度隨剪切應(yīng)力或剪切速率的增加而下降的原因與流體分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

造成粘度下降的原因在于其中大分子彼此之間的纏結(jié)。當(dāng)纏結(jié)的大分子承受應(yīng)力時，其纏結(jié)點就會被解開，同時還沿著流動的方向規(guī)則排列，因此就降低了粘度。纏結(jié)點被解開和大分子規(guī)則排列的程度是隨應(yīng)力的增加而加大的。對聚合物熔體來說切力變稀原因（假塑性流體）目前二十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

當(dāng)它承受應(yīng)力時，原來由溶劑化作用而被封閉在粒子或大分子盤繞空穴內(nèi)的小分子就會被擠出，這樣，粒子或盤繞大分子的有效直徑即隨應(yīng)力的增加而相應(yīng)地縮小，從而使流體粘度下降。因為粘度大小與粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是線性關(guān)系。對聚合物溶液來說目前二十五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

當(dāng)懸浮液處于靜態(tài)時，體系中由固體粒子構(gòu)成的空隙最小，其中流體只能勉強充滿這些空間。當(dāng)施加于這一體系的剪切應(yīng)力不大時，也就是剪切速率較小時，流體就可以在移動的固體粒子間充當(dāng)潤滑劑，因此，表觀粘度不高。但當(dāng)剪切速率逐漸增高時，固體粒子的緊密堆砌就被破壞，整個體系就顯得有些膨脹。此時流體不再能充滿所有的空隙，潤滑作用因而受到限制，表觀粘度就隨著剪切速率的增長而增大。膨脹性流體的流動行為切力變稠原因（膨脹性流體）目前二十六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點加工方法剪切速率/S-1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目前二十七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

當(dāng)液體的彈性不可忽略時，其應(yīng)變還表現(xiàn)出滯后效應(yīng)，即在液體中增加應(yīng)力與降低應(yīng)力這兩個過程的應(yīng)變曲線不重合。某些聚合物（如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等）的粘性流動中，彈性行為是不能忽略的，稱為粘彈性液體。這類液體在受到外力作用時，其非牛頓性是粘性和彈性行為的綜合，即流動過程中包含有不可逆形變(粘性流動)和可逆形變（彈性回復(fù)）兩種成分。粘彈性液體目前二十八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

產(chǎn)生震凝性的原因，可以解釋為液體中的不對稱粒子（橢球形線團）在剪切力場的速度作用下取向排列形成暫時次價交聯(lián)點所致，這種締合使粘度不斷增加而形成凝膠狀，一旦外力作用終止，暫時交聯(lián)點也相應(yīng)消失，粘度重新降低。震凝性液體目前二十九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

一般認為，產(chǎn)生觸變行為是因為液體靜置時聚合物粒子間形成了一種類似凝膠的非永久性的次價交聯(lián)點，表現(xiàn)出很大粘度。當(dāng)系統(tǒng)受到外力作用而破壞這一暫時交聯(lián)點時，粘度即隨著剪切持續(xù)時間而下降。在聚合物成型中，只有少數(shù)聚合物的溶液或懸浮液屬觸變性液體，涂料、油墨等具有這種性質(zhì)。觸變性液體目前三十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點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，這種流動不僅受到剪切作用，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也能產(chǎn)生拉伸流動。擬制性拉伸(收斂流動)非擬制性拉伸(拉伸流動)目前三十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

在拉伸作用下，聚合物流體會產(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拉伸流動的阻力：目前三十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

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的抗拉伸性。拉伸粘度的影響因素目前三十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

因為拉伸粘度隨著應(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，對纖維紡絲、吹塑薄膜、拉伸薄膜、片材的熱成型等十分有利目前三十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點（1）聚合物加工既有剪切流動又有拉伸流動，也有特殊的剪切流動-拖曳流動。（2）可以推出聚合物流體在不同形狀流道中的流動方程，從而計算剪切應(yīng)力和剪切速率，得到流動曲線。

例如：P39，聚合物流體在圓管中、在狹縫通道中的流動小結(jié)目前三十五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

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變形的能力。目前三十六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點溫度對剪切粘度的影響

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Tg<T<Tg+100℃時，聚合物粘度與溫度的關(guān)系可以用半經(jīng)驗（WLF）公式表示：目前三十七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點原因來自熔體的可壓縮性。利用自由體積來解釋。壓力對剪切粘度的影響

因為在加壓時，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，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，聚合物在150℃下受壓達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，壓縮率可高達3～5個數(shù)量級。目前三十八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點1-聚甲基丙烯酸甲酯；2-聚苯乙烯；3-高密度聚乙烯；4-醋酸纖維素目前三十九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點粘度對剪切應(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，其粘度隨著剪切應(yīng)力(或剪切速率)的增加而降低，但是各種聚合物降低的程度不同。在聚合物成型中，為了改善的流動性，分別采用調(diào)整剪切速率和溫度的方法來改善對剪切速率和溫度敏感的聚合物的粘度。

但應(yīng)指出，粘度對剪切速率(或溫度)敏感的聚合物，往往會在剪切速率(或溫度)波動時，造成制品質(zhì)量上有顯著差別。目前四十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點粘度隨時間的變化

聚合物完成熔融過程以后，流變性質(zhì)應(yīng)不隨時間而改變。但實際上，許多聚合物的粘度均隨時間而逐漸變化。引起這種變化的原因，其中有工藝的如加聚類聚合物的熱降解和熱氧化降解，縮聚類聚合物與低分子雜質(zhì)(如水)之間的交聯(lián)反應(yīng)所造成的降解反應(yīng)等。因此，在成型過程中聚合物熔體處于注射噴嘴、擠出口模或噴絲頭高溫區(qū)域的時間應(yīng)盡可能縮短。目前四十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點聚合物的分子結(jié)構(gòu)對粘度的影響

聚合物的柔順性：聚合物分子鏈的剛性及分子間相互作用力愈大，其粘度也愈高，且對溫度的敏感性也愈大。反之，分子鏈的柔性愈大，纏結(jié)點愈多，鏈的解纏和滑移愈困難，其粘度對剪切應(yīng)力愈敏感。目前四十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點支鏈：短支鏈對聚合物粘度的影響不大。當(dāng)相對分子質(zhì)量相同時，支鏈短而數(shù)目多，會使分子間距離增大，分子間作用力減小，且自由體積增大，故粘度小。長支鏈對粘度的影響非常顯著。當(dāng)支鏈對分子質(zhì)量大于某-臨界值Mc三倍后，支鏈上的纏結(jié)點增多，其粘度比直鏈的粘度高出10-100倍。與無支鏈的同一聚合物相比，有支鏈的聚合物粘度對剪切速率敏感性要大。當(dāng)支鏈中含有大量側(cè)基時，聚合物的自由體積增大，粘度對溫度和壓力的敏感性也都增大。目前四十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

原因HDPE是線形聚合物，LDPE則是支化聚合物。按照Buche理論，支化聚合物分子的粘度比相同分子量的線形分子的粘度要小些。但是如果支鏈很長以致支鏈本身就能產(chǎn)生纏結(jié)，會使流動復(fù)雜化，粘度可高可低。

熔體指數(shù)相近的兩種聚乙烯在流動性上差異很大：在較高剪切速率下，LDPE的粘度比HDPE低。目前四十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點相對分子質(zhì)量對粘度的影響

隨著相對分子質(zhì)量的增大，不同鏈段偶然位移相互抵消的機會就多，因而分子鏈重心位移就愈困難，粘度也就愈高。同時也要考慮相對分子質(zhì)量分布對粘度的影響。

總之，成型時對聚合物相對分子質(zhì)量的選擇，由于存在著加工所需要的流動性與制品的物理力學(xué)性能之間的矛盾。因此，針對不同用途和不同加工方法，選擇適當(dāng)相對分子質(zhì)量的聚合物是十分重要的。在塑料成型時，其相對分子質(zhì)量一般控制在纖維和橡膠之間。目前四十五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點其他添加劑對聚合物粘度的影響

在聚合物成型時，由于加工和使用性能的需要，常在主體聚合物中加入一些添加劑，這些添加劑將不同程度上影響聚合物的粘度。當(dāng)加入填料、色料、穩(wěn)定劑等固體物質(zhì)時，會使聚合物的粘度增大。

另一類添加劑是為了配制溶液或分散體而加入聚合物中的溶劑或增塑劑等液體物質(zhì)。它們的加入能削弱聚合物分子間的作用力，使體系的粘度降低。目前四十六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

值得提出的是，當(dāng)添加碳黑等固體物質(zhì)作流動實驗時，曾發(fā)現(xiàn)由于剪切而產(chǎn)生“剪切誘導(dǎo)結(jié)晶”和“應(yīng)力突增”現(xiàn)象?？山忉尀椋河捎诠腆w添加劑的存在，增加了分子鏈與顆粒界面的摩擦，阻止取向分子鏈回縮成為無規(guī)線團，降低了松弛速度，在較高的剪切速率和較低的加工溫度下，分子鏈規(guī)整排列而結(jié)晶，部分大分子鏈被束縛在晶區(qū)中，限制了它的運動，所以粘度劇增。這種現(xiàn)象在注射成型時應(yīng)予注意。目前四十七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點熱固性樹脂粘度的影響因素

熱塑性樹脂的粘度在成型條件下，甚至交替經(jīng)過加熱和冷卻過程，均發(fā)生可逆的變化，除降解或局部交聯(lián)外，基本上屬于一種形態(tài)轉(zhuǎn)化的物理過程。而熱固性聚合物則相反：在成型過程中既有物理變化，又有化學(xué)交聯(lián)作用，物料一經(jīng)固化后，粘度變?yōu)闊o窮大，具有不可逆性。因此，粘度反映了熱固性聚合物的固化程度。

熱固性聚合物的粘度，除了受本身分子結(jié)構(gòu)影響外，還受剪切速率、溫度和固化時間的影響。目前四十八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

大多數(shù)聚合物在流體中除表現(xiàn)出黏性外，必然伴隨不同程度高彈形變，這種黏性流動和彈性形變同時存在的現(xiàn)象，被稱為聚合物加工過程中的黏彈行為。聚合物流動過程中最常見的彈性行為是末端效應(yīng)和不穩(wěn)定流動。3.2聚合物流體流動過程中的彈性行為目前四十九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

末端效應(yīng)是指聚合物流體（包括熔體和液體）在管子進口端和出口端的由于彈性效應(yīng)而出現(xiàn)的壓力降低和液流的膨脹現(xiàn)象，也可以分別稱為入口效應(yīng)和?？谂蚧?yīng)（離模膨脹），也稱為巴拉斯效應(yīng)。

端末效應(yīng)目前五十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點聚合物在毛細管入口和出口區(qū)域的流動目前五十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

由于彈性效應(yīng)而在管子的進口端的一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生壓力下降的現(xiàn)象。入口效應(yīng)目前五十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

（1）當(dāng)液體從大管進入小管，形成收斂流動。為了保證恒定的流率，在小管中液體的流速會增加。如果管壁上流速仍然為零，那么管子內(nèi)液體的剪切速率必須增大才能滿足速度調(diào)整的要求，所以必須要消耗能量才能相應(yīng)提高剪應(yīng)力和壓力梯度。（2）剪切速率增大會使聚合物大分子產(chǎn)生更快更大的變形，而具有高彈形變的大分子發(fā)生變形要克服分子內(nèi)及分子間的作用力，要消耗能量。入口效應(yīng)的原因：目前五十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

從上述兩個原因看，聚合物流體，特別是聚合物熔體，在進入小管時消耗一定的能量，使液體在入口端的一定區(qū)域Le內(nèi)產(chǎn)生較大程度的壓力降。這一區(qū)域很短，但是壓力降很快達到較大的數(shù)值。因此流體在管子中流動的計算中必須要考慮壓力降，既考慮入口效應(yīng)，否則與實際出入很大。目前五十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

液體流出管口時，因為液流的直徑并不等于管子出口端直徑，粘彈性聚合物流體增大膨脹。擠出物脹大（無拉伸，膨脹比Df/D）出口膨脹解釋：大多數(shù)人這么認為，出口膨脹與聚合物大分子彈性效應(yīng)有關(guān)，可以說是聚合物彈性行為的反映。目前五十五頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

Le段為收斂流動（引起大分子拉伸彈性應(yīng)變），Ls為剪切流動（引起大分子的剪切流動）。

兩種流動均為大分子沿流動方向的伸展與取向。由于這種形變具有可逆性，那么只要應(yīng)力一消除，伸展與取向的大分子恢復(fù)卷曲的構(gòu)象，產(chǎn)生彈性回復(fù)。

目前五十六頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

回復(fù)的情況與很多因素有關(guān)：如果Ls很長，那么入口效應(yīng)引起的應(yīng)變有足夠的時間得到松弛、回復(fù)，引起出口膨脹的原因主要是剪切流動引起的（剪切流動儲存彈性能）；如果Ls很短，引起出口膨脹的原因主要是入口效應(yīng)中剪切和拉伸作用貯存的彈性能引起的。目前五十七頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

此外還可以采用液流中正應(yīng)力來解釋（法向應(yīng)力）。入口效應(yīng)和出口膨脹與聚合物的彈性效應(yīng)有關(guān)，而且影響兩者的因素也是相關(guān)的，即凡是影響聚合物流動中彈性成分增加的因素都可以使端末效應(yīng)變得嚴重。

目前五十八頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

原因：L/D增大，液體在管子內(nèi)有足夠的時間恢復(fù)拉伸彈性形變，膨脹比主要是由剪切流動中貯存的彈性能引起的，此外D、剪切速率、管子形狀、聚合物熔體的T、聚合物本身的性質(zhì)（M、M分布等）對端末效應(yīng)有影響。舉例：增大長徑比L/D，可以降低膨脹比目前五十九頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點低剪切速率剪切速率加大高剪切速率剪切的彈性回復(fù)張力延伸形變速率為零相關(guān)的解釋高分子鏈在管道內(nèi)處于高速剪切，鏈段被舒展開來，相當(dāng)于受到拉伸而使鏈段取向，熔體出現(xiàn)各向異性。當(dāng)熔體突然放大或從管道中流出而使高分子鏈突然“自由化”，至使在管道中形成高彈形變立即得以回復(fù)，分子鏈又恢復(fù)到大體無序的平衡狀態(tài)，鏈間距離增大，以至出現(xiàn)流束膨脹。▓實例熔融紡絲過程中的熔體噴出和形變情況目前六十頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

端末效應(yīng)是一種彈性能的貯存和釋放，它對聚合物的加工是不利的，容易引起制品的變形和扭曲，降低制品尺寸穩(wěn)定性等等。

因此在加工中盡量避免這種效應(yīng)。目前六十一頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點3.2.2不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象

在采用擠出或注射法加工聚合物時，常常會看到這種現(xiàn)象：在低剪切速率或低剪切應(yīng)力范圍內(nèi)，擠出的流體表面光滑均勻，但當(dāng)剪切速率或剪切應(yīng)力增加到一定的數(shù)值時，擠出物表面變得粗糙，失去光澤，粗細不均和出現(xiàn)扭曲等，嚴重時會得到波浪形、竹節(jié)形或周期性螺旋形的擠出物，在極端嚴重的情況下，甚至?xí)玫綌嗔训摹⑿螤畈灰?guī)則的碎片或圓柱。目前六十二頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點波浪形鯊魚皮形竹節(jié)形螺旋形不規(guī)則破碎形不穩(wěn)定流動目前六十三頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點

這些現(xiàn)象表明:

在低剪切應(yīng)力或低剪切速率的流動條件下，各種因素引起的小的擾動容易受到控制，而在高剪切應(yīng)力或剪切速率時，液體中的擾動難以控制并易發(fā)展成不穩(wěn)定流動，引起液流破壞，這種現(xiàn)象稱為“熔體破裂”。

出現(xiàn)“熔體破裂”時的剪切應(yīng)力或剪切速率稱為臨界剪切應(yīng)力和或臨界剪切速率。

高分子流體粘度高，粘滯阻力大，在高剪切速率下，彈性形變增大，當(dāng)彈性形變的儲能達到或超過粘滯阻力的流動能量時導(dǎo)致不穩(wěn)定流動目前六十四頁\總數(shù)七十三頁\編于十九點目前六十五頁\總數(shù)七十三頁\編于