高分子流体流动地影响因素.doc

实用标准文案 精彩文档 高分子流体流动的影响因素 1、高分子流体的涵义？ 指高分子的均相熔体、多相体系熔体、复合体系熔体、乳液、悬浮液、高分子浓溶液/稀溶液等。决定其流动行为的因素很多：如分子量的大小和分布、分子的结构、形状和分子间的相互作用，不同相结构间的相互作用，温度、流场的形状及变化，物理缠结和解缠、化学交联和降解等 2、流动单元的概念？ 指高分子流体能够发生流动的最小单位。 注意： （1）由于高分子链的长径比非常大，且分子链的形状高度不对称，因此，很难得到或观察到分子级的高分子流体，往往是尺寸较大的超分子聚集体。 （2）在流动过程中，由于分子之间的不断相互作用，超分子聚集体的尺寸也不断变化，因此流动单元的大小也是一个不确定的概念。 3、黏度 指一点处的应力除以该处的形变速率，如：拉伸黏度：拉伸应力/该处的拉伸形变速率；本体黏度：压缩应力/该处的压缩形变速率；剪切黏度：剪切应力/该处的剪切形变速率。 4、高分子流动中最重要的参数是什么？ 高分子流动中最重要的参数是---黏度。 注意：影响高分子流体黏度的影响因素：剪切速率，分子特性，压力，温度。 【一】剪切速率对黏度的影响 （一）、影响过程： 当高分子的分子链处于有剪切速率变化引起的、具有速度梯度的流场中，整个长链不会都处于同一速度区：其中某一端可处于速度较快的中心区，而另一端处于接近管壁的速度较慢区，此时，长分子链的两端就会产生相对移动，可能使分子链发生伸直和取向。流速梯度(或剪切速率)越大，取向越明显；如速度梯度很低，则在分子布朗运动的影响下，这种取向效应很快消失，宏观表现为发生松弛；如速度梯度提高，这种取向度也不会增加。在流动曲线上表现出牛顿-非牛顿-牛顿行为的变化趋势。 （二）、典型表现：“剪切变稀”效应 这种效应对高分子材料加工具有重要意义：由于实际加工过程都在一定剪切速率范围内进行，因此掌握材料黏度-剪切速率依赖性的“全貌”对指导改进高分子材料加工工艺十分必要。 材料的“剪切变稀”曲线给出的信息： 1）材料的零剪切粘度高低不同：对同一类材料而言，主要反映了分子量的差别； 2）材料流动性由线性行为（牛顿型流体）转入非线性行为（非牛顿型流体）的临界剪切速率不同； 3）幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n 不同：流动指数反映了材料黏度-剪切速率依赖性的大小。 流动曲线的差异归根结底反映了分子链结构及流动机理的差别。一般而言，分子量较大的柔性分子链，在剪切流场中易发生解缠结和取向，黏度-剪切速率依赖性较大；而长链分子在强剪切场中还可能发生断裂，分子量下降，发生降解而导致剪切粘度降低。 【二】 分子量对黏度的影响 （一） 黏度的分子量依赖性 在流动过程中，随着高分子的分子量增加，分子链会开始缠结，不能独立运动，流动变得困难，导致能量的耗散显著增加，黏度大幅提高。 分子量是影响高分子流变性质的最重要结构因素。临界分子量：高分子出现缠结所需的最低分子量，用Mc表示。缠结是高分子材料链状分子的突出结构特征，对材料的力学性能和流动性有特别重要的影响。 黏度与Mc的关系，可用经验公式表示：η = KM^α (α=1,M＜Mc; α=3.4,M＞Mc）——福克斯在比切的实验基础上首先提出来的。 K：与温度、分子结构有关的常数，温度越高、高分子柔性越大，K值越小； 温度越低、高分子刚性越大，K值越大。 1）当平均分子量小于临界缠结分子量时，材料的零剪切粘度与分子量基本成正比。 2）一旦分子量大到分子链间发生相互缠结，分子链间相互作用增强，则材料粘度将随分子量的3.1~3.4次方律迅速猛增。 注意：只有处于低剪切速率区的高分子流体才符合这个经验公式。在福克斯等的工作基础上，克罗斯通对以上公式两边取对数并作图发现：斜率是逐渐过渡的；Mc不是真正意义上的临界分子量，只是由于此时缠结与非缠结分子链对黏度的贡献相当所致；在实际应用中，仍以Mc作为临界缠结分子量。 常见高分子材料的临界缠结分子量参考值： 线型聚乙烯3800~4000 聚苯乙烯38000 聚乙酸乙烯酯24500~29200 聚异丁烯15200~17000 聚丁二烯-1，4（50%顺式）5900 聚甲基丙烯酸甲酯（一般有规）27500 聚二甲基硅氧烷24000~35000 聚己内酰胺（线型）19200 ※ 分子量的变化如何影响黏度？ 分子量增大，除了使材料粘度迅速升高外，还使材料开始发生剪切变稀的临界切变速率变小，非牛顿流动性突出。究其原因是，分子量大，变形松弛时间长，流动中发生取向的分子链不易恢复原形，因此较早地出现流动阻力减少的现象。 如：不同分子量的聚苯乙烯的粘度与切变速率的关系 （1）分子量越低，缠结越少；（2）分子量越低，其偏离牛顿性时的剪切速率越高。 ※ 说明： （1）从纯粹加工的角度来看，降低分子量肯定