高聚物的粘性流动-仪器信息网.PPT

本章主要教学内容 引 言 流变学： 是研究材料流动和变形规律的一门科学。 聚合物流变学： 为高分子成型加工奠定理论基础。 聚合物熔体流动时，外力作用发生粘性流动，同时表现出可逆的弹性形变。故称之为弹粘体。 聚合物的流动并不是高分子链之间的简单滑移，而是运动单元依次跃迁的结果。（蚯蚓蠕动） 流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。 绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的，如挤出，注射，吹塑等。 热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动成型和冷却固化三个基本步骤。 弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。 1、牛顿流体： 剪切形变 ， 剪切应力 切变速率 牛顿流动定律： η：单位Pa·s 凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。 牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。 ①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。 幂律方程 n=1牛顿流体， n1假塑性流体， n1 膨胀性流体 普适流动曲线： 1、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。 该区的粘度通常称为零切粘度??。 2、假塑性区(非牛顿区) 流动曲线的斜率n1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。 3、第二牛顿区 在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。 从聚合物流动曲线，可求得η?、η∞和ηa。 缠结理论解释：缠结破坏与形成的动态过程。 ⅰ第一牛顿区： 切变速率足够小，高分子处于高度缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏速度等于形在的速度，粘度保持不变，且最高。 ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破坏速度大于形成速度，粘度减小，表现出假塑性流体行为。 ⅲ第二牛顿区：切变速率继续增大，高分子中缠结构完全被破坏，来不及形成新的缠结，体系粘度恒定，表现牛顿流动行为。 塑料工业上最常用的熔融指数 MI ：指在一定的温度下和规定负荷下（2160g），10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质量，用MI表示，单位为g/10min。 熔体流动速率（MFR） 如PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。 一般MI越大，流动性越好（η小）。但由于不同聚合物的测定时的标准条件不同，因此不具可比性。 注射级MI大，挤出MI小，吹塑之间。 橡胶工业：门尼粘度：一定温度100℃一定转子转速下，测未硫化胶对转子转动的阻力。 MI 、100℃，预热3min，转动4min。 门尼粘度越小，流动性越好。 9.2.1 测定方法 1、落球粘度计： 测低切变速率下零切粘度。 2、毛细管粘度计：使用最为广泛，可在较宽的范围调节剪切速率和温度，最接近加工条件。 还可研究聚合物流体的弹性和不稳定流动现象。 3、旋转粘度计： 有同轴圆筒式、锥板式、平行板式。主要适用于聚合物浓溶液或胶乳的粘度和聚合物熔体粘度的常用仪器。 （1）分子结构 A、粘度的分子量依赖性 临界分子量发生缠结的最小分子量 △成型加工考虑，流动性好（充模好，表面光洁）。降低分子量，增加流动性，但影响机械强度。在加工时适当调节分子量大小，薄量加工采用尽可能提高分子量。 天然橡胶20万，纤维2－10万，塑料之间成型方法： 注射分子量低；挤出分子量高；吹塑之间。 B 、粘度的分子量分布的依赖性分子量分布宽的试样对切变速率敏感性大。塑料：分布宽些容易挤出，流动性好，但分布太宽会使性能下降。橡胶：分布宽，低分子量，滑动性好，增塑作用，高分子是保证一定力学性能。 C、 分子链支化的影响短支链多：η低，流动性好，橡胶加入支化的橡胶改善加工流动性。长支链多：形成缠结，η提高。 Examples-LDPE and LLDPE （2）共混： lgη= φ 1lgη1+φ2lgη2 加入第二组分，可降低熔体粘度，改善加工性能（提高产品质量） 例子：PPS/PS (3) 温度、切应力、切变速率 A、温度 a、刚性分子，分子间作用力大，△Eη大，温解性，