毛细管流变仪原理介绍-全课件.ppt

聚合物流变学 主要内容 基本概念 流变学定义（Definition of rheology） 剪切流动（Shear） 拉伸流动（Extensional） 流变学-Rheology 流变学是研究材料流动与变形的学科 领域 聚合物 – 我们需要理解熔体流动性能，从而设计模具等 食品 – 良好的外观、质地和加工特性 涂料 – 储存寿命和表面流平性能 墨水 – 打印清晰度和准确计量 医药– 正确的配方定量，沉降性能等 还有：泥浆、钻井液、沥青、橡胶等 聚合物加工实例 剪切形变-流变学基本定义 剪切应力（Shear stress, σ） 单位面积所受的剪切力 剪切应变（Shear strain, γ） 剪切形变除以高度 剪切（应变）速率（Shear rate, γ ） 剪切应变的快慢 剪切粘度（Shear viscosity, η） 剪切应力除以剪切速率 解释 : 应力：单位面积上的力 (多少) 应变：相对样品尺寸上的变形幅度 (多大) 剪切速率：随时间应变的变化率 (多快) 剪切粘度：在一定的条件下熔体是否容易流动 基本概念-剪切 假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。 基本概念-剪切应力（Shear stress） 单位面积所受的剪切力（The applied force per unit area） 1 N/m2 = 1 Pa 基本概念-剪切应变（Shear strain） 剪切应变 （Shear strain）被简称为应变（Strain），剪切时物体所产生的相对形变量 无量纲，常常用%表示 基本概念-剪切速率（Shear rate） 剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪切速率（Shear rate） ，表示剪切应变快慢 单位 s-1 剪切粘度(Shear viscosity) 粘度就是流动的阻力 粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等） 粘度越小，越容易流动（水等） 粘度的影响因素 材料的内部结构（材料配方、颗粒大小、颗粒分布、分子量等） 温度（一般来说，温度越高，粘度越低） 剪切速率（或者拉伸速率） 时间 （触变性） 压力 典型的流动曲线（Flow behavior） 流动曲线 Viscosity Flow Curves 施加不同的剪切速率，剪切速率和剪切粘度关系图为 拉伸流动测试 基本概念-拉伸 原始曲线 挤出胀大 应力松弛 所谓应力松弛，就是在固定的温度和形变下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。即材料在恒定应变下，应力随着时间的变化而减小至某个有限值，这一过程称为应力松弛。这是材料的结构重新调整的另一种现象。 这种现象也在日常生活中能观察到，例如橡胶松紧带开始使用时感觉比较紧，用过一段时间后越来越松。也就是说，实现同样的形变量，所需的力越来越少。未交联的橡胶应力松弛较快，而且应力能完全松弛到零，但交联的橡胶，不能完全松弛到零。 应力松弛（Stress relaxation） 施加恒定应变（形变） 观察应力随时间的变化 粘弹性响应（Viscous Elastic Reponse） 应力松弛的分子机理 应用 表征设备 毛细管流变仪：用于测量高分子熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系，直接观察挤出物的外型，通过改变长径比来研究熔体的弹性和不稳定性，测定聚合物的状态变化等。对聚合物流变性能的研究，不仅可为加工提供最佳的工艺条件，为塑料机械设计参数提供数据，而且可在材料选择、原料改性方面获得有关结构和分子参数等有用的数据。模拟加工模式更多，剪切速率范围更宽 旋转流变仪：旋转流变仪可以测量流体的各种流变性质，通常具备以下测量模式：旋转剪切、小幅振荡、蠕变恢复等。可获得信息有样品的粘度、触变性、粘弹性、屈服应力等等。 转矩流变仪：矩矩流变仪是研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在类似实际加工的情况下，连续、准确可靠地对材料的流变性能进行测定，如多组份物料的混合、热固性树脂的交联固化、弹性体的硫化，材料的动态稳定性以及螺杆转速对体系加工性能的影响等 弹性 由于聚合物流体流动时，伴随有高弹形变的产生和贮存，故外力除去后会发生回缩等现象,例如:塑料、橡胶挤出后和纤维纺丝后会发生断面尺寸增大而长度缩短的离模膨胀现象，或称弹性记忆效应；搅动时流体会沿杆上升，这种爬杆现象称韦森堡效应或法向应力效应。此外，聚合物加工时，半成品或成品表面不光滑，出现“橘子皮”和“鲨鱼皮”，出现波浪、竹节、直径有规律的脉动、螺旋形畸变甚至支离破碎等影响制品质量的熔体破裂和不稳定流动等现象，这些现象主要与熔体弹性有关。 狞健莽澳啪低脚推倘卧碳戮当久团灼磋籍粘寸憎钓