高分子熔体的流变性浅析.ppt

第4章 高聚物熔体的流变性 本章主要内容 第1节 高分子液体的奇异流变性和流动机理 1．1 奇异的流变性质 1．2 高分子黏流态特征及流动机理 第2节 高分子液体的基本流变性质 2．1 基本物理量与基本流变函数 2．2 假塑性流体的流动规律 2．3 关于“剪切变稀”和熔体弹性的说明 第3节 关于高分子液体黏弹性的讨论 3．1 影响剪切黏度的主要因素 3．2 高分子液体弹性效应的描述 第4节 剪切黏度的测量方法 4．1 毛细管流变仪测量表观剪切黏度 4．2 恒速式双毛细管流变仪简介 4．3 锥－板型转子流变仪简介 4．4 落球式黏度计的测量原理 第5节 高分子熔体流动不稳定性 5．1 挤出过程中的畸变和熔体破裂行为 5．2 纺丝成型过程中的拉伸共振现象 讲清以下基本概念：流变性；剪切应力；法向应力；法向应力差；剪切速率； 拉伸速率；速度梯度；零剪切黏度；表观剪切黏度；拉伸黏度；假塑性；剪切 变稀；非牛顿指数；黏流活化能；可恢复形变；弹性柔量；挤出胀大比；复数 剪切模量；贮能模量；损耗模量；损耗正切；复数黏度；动态黏度；挤出畸变； 熔体破裂；流动应力集中效应；模壁滑移现象；拉伸共振。 定义剪切流动，拉伸流动，表观剪切黏度，法向应力差系数，拉伸黏度。 介绍高分子液体奇异的流变性质和高分子黏流态的特征及流动机理 讨论温度，压力对剪切黏度的影响。比较不同材料的黏流活化能，说明为何 不同材料采用不同加工方法。 建议6学时 讲解重点 讨论分子量、分子量分布、支化结构对高分子液体流动性的影响。 简要介绍描述高分子液体弹性效应的几个物理量。 讲解用毛细管流变仪测量高分子液体剪切黏度和熔体弹性的原理和实验方法。 讲解熔体流动不稳定性的表现、发生的原因和可能的克服方法。 建议6学时 讲解重点 第1节 高分子液体的奇异流变性和流动机理 1．1 奇异的流变性质 “剪切变稀”行为（shear-thinning）:多数高分子液体的黏度随剪切速率增大而下降。 “剪切变稠”效应（shear-thickening）:呈少数高分子体系，如高浓度的聚氯乙烯塑料溶胶、高浓度填充体系等，黏度随剪切速率增大反常地升高。 通常把具有“剪切变稀”效应的流体称假塑性流体（pseudoplastic fluid），具有“剪切变稠”效应的流体称胀流性流体（dilatant fluid）。它们均属于非牛顿流体范畴。 1）高黏度与“剪切变稀”行为 2）挤出胀大现象 图8-1 挤出胀大效应示意图 又称口模膨胀效应（die swell）或Barus效应 3）爬杆现象（Weissenberg效应） 又称Weissenberg效应。出现原因也被归结为高分子液体是一种弹性液体，具有法向应力差效应。 图8-2 高分子液体“爬杆”效应示意图 4）挤出畸变和熔体破裂现象 光滑 20 s-1 光滑 30 s-1 鲨鱼皮畸变 100 s-1 鲨鱼皮畸变 200 s-1 黏-滑转变 300 s-1 螺纹状畸变 800 s-1 螺纹状畸变 1000 s-1 熔体破裂 2000 s-1 图8-3 不同挤出速率下LLDPE熔体挤出物外观照片 这些现象也与高分子液体的弹性有关。由于有弹性因此液体能承受拉伸形变，产生拉伸流动，且拉伸液流的自由表面相当稳定。这是高分子液体具有良好纺丝（一维拉伸）和成膜（一维或二维拉伸）能力的根据。 5）无管虹吸，拉伸流动和可纺性 图8-4 无管虹吸和侧壁虹吸效应示意图（N表示牛顿流体，P表示高分子液体） 1. 2 高分子黏流态特征及流动机理 黏流态 高分子材料的黏流态，指温度处于黏流温度（Tf）和分解温度（Td）之间的一种凝聚态。从宏观看，黏流态主要特征是在外力场作用下，熔体产生不可逆永久变形和流动。微观看，发生黏性流动时分子链产生重心相对位移的整链运动。 非晶态线形高分子材料的形变-温度曲线示意图 ML、MH分别代表低分子量和高分子量 低结晶度线形高分子材料的形变-温度曲线示意图 ML、MH分别代表低分子量和高分子量 研究表明，黏流态下大分子流动的基本结构单元并不是分子整链，而是链段，分子整链的运动是通过链段的相继运动实现的。 研究高分子黏流活化能时发现，当熔体分子量很低时，随分子量增大而增大。分子量达到一定值后，值趋于恒定。与该恒定值对应的最低分子量相当于由20-30个C原子组成的链段的大小，说明熔体流动的基本结构单元是链段。 表8-2 部分聚合物的流动温度 聚合物 流动温度/℃ 聚合物 流动