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聚合物流变实验 聚合物材料 恒负荷型 毛细管流变实验 流动的宇宙，变化的世界 流变学基本概念 流变学是一门研究材料 流动及变形规律的科学。 影响流变行为的因素－概述 一、实验目的 1. 了解毛细管流变仪研究聚合物熔体流变性能的一般原理， 二、实验原理 推导思路： 1.剪切应力τ 设不可压缩流体在半径为R的圆管中心层流方式流动。半径为r的圆柱流体所受的力是平衡的，进行受力分析： 2.牛顿流体的剪切速率 3.牛顿流体的表观粘度ηa牛 (二)Rabinowitsch修正 -非牛顿修正 2、入口校正 (三）弹性效应的表征 三、实验仪器 加压系统是由1:10的杠杆机构 ， 连接砝码的是动滑轮结构， 不加砝码时托盘等相当于总重为0.5kg的砝码， 毛细管长径比(L/D):5/1，10/1，20/1，40/1， 升温速度1~6℃/min ，07以上--升温最快 走纸速度可调，单位mm/h. 四、数据处理 1.处理步骤 五、思考题 分别讨论分子量、分子量分布、支化以及温度对聚合物表观粘度的影响。 为什么要进行Bagley修正和Rabinowitsch修正？ 如何用恒负荷型流变仪进行Bagley修正？ 恒速率型与恒负荷型流变仪的根本区别是什么，各有什么优缺点？ 六、应用 在合成上的应用 在加工工艺上的应用 力学状态变化的测定 高分子物理实验课之十三 * 高分子物理实验课之十三 高分子物理实验课之十三 万物皆流 运动是绝对的， 静止是相对的。 松弛时间谱与测试时间t 如果t ， 测试的性能为－结构单元i及其 以下单元的性能 参比物 那么 流动→液体→粘性 → 耗散能量→ 产生永久形变→ 无记忆效应→ 牛顿定律→ 时间过程 变形→固体→弹性 → 储存能量→ 形变可以恢复→ 有记忆效应→ 胡克定律→ 瞬时响应 ∴ 材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹性 流变＝“固－液两相性”＝“非线性粘弹性” 主链及侧基 内因 结构组成 支链 分子量及其分布 配方如共混、补强剂、增塑剂 外因 外部条件 温度 时间 外力的作用性质 近程（一级） 远程（二级） 织态结构 影响结构 与松弛时间的关系 驱动力和围压力 2. 初步掌握XLY-II型流变仪的基本结构和操作技术， 3. 掌握计算剪切应力 、剪切速率 和表观粘度 的方法。 先将聚合物熔体看作牛顿流体 建立流变方程 （即剪切应力和剪切速率关联式） 然后对流变方程进行非牛顿校正 入口校正 图13-1 熔体在毛细管内的受力示意图（放大） ∴ (1) R－毛细管半径L－毛细管长度W－负荷量 R1－料筒半径 长度单位：mm (2) ∴ r＝R时， 由（1）式可见，毛细管中流体受到的剪切应力τr，与流层至管中心的距离r成正比，与压力梯度ΔP/L成正比， 由定义可知牛顿流体的剪切速率为： v（r）为流体的线速度，是r的函数。 (3) 当r＝R时有： (4) 对于上式积分并加上边界条件 得： (5) 从管道的微小环面积2π·r·dr来看，通过它的微小流出量可以用下式表示： (6) 展开(3)式： 将（6）式两边积分得： 由（4）式和（7）式可得： R－毛细管半径 R1－料筒半径 V－柱塞下降速度 (8) (7) 式中W为所加砝码的重量（单位，牛顿）。 (9) 应当指出，式（8）、式（9）中的结果仅适用于牛顿流体，由于绝大数的聚合物熔体属于非牛顿流体，故要对式（8）和式（9）进行必要的修正，即Rabinowitsch修正。 聚合物流体不是牛顿流体，一般为假塑性流体。 其流动行为符合幂律方程： n－流体的流变指数（或称非牛顿指数） K－流体的稠度 (10) 所以需要进行校正 Rabinowitsch校正 将（1）式代入（10）式得： (11) 当r＝R时（11）式有： (12) 积分（11）式并代入边界条件： (13) 推导过程如下： 与牛顿流体相同，非牛顿流体的流量为： 式(13)中的n＝1，k＝η，则变回上述牛顿流体的体积流量式(7)。 两边分别积分得： (14) 整理(8)和(14)式，得到非牛顿流体切变速率Yw 与牛顿流体切变速率Ywˊ之间的关系是: 由该式可以看出对于假塑性流体n1，故非牛顿流体的切变速率 大于牛顿流体的切变速率 。 式中n＝dlnτw/(dln ),通常是计算lnτw～ln 流动曲线的斜率得到的。 (15) 拉宾诺威奇（Rabinowitsch）校正(非牛顿校正) 为什么进行入口校正？ 理论推导 实验结果 滑移－不是稳定层流 热效应－损失能量 压缩性