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聚合物加工流变学

主讲：严正

邮件：yanzeng@mail.scinfo.net

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第1章流变学概论

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1.1流变学定义

•“流变学〞的英语名称“rheology〞，这

一术语是美国印第安纳州Lafayette学院的

Bingham首次提出的。流变学是研究物质

变形和流动的科学，它的研究对象主要

是非牛顿流体，高分子流体〔包括溶液

和熔体〕是这门学科的主要研究对象之一。

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1.2聚合物的流变学特性

材料的几种力学形态：

刚体：

在外力作用下不变形的物体。其特

点是应力时，应变0。

刚体是一种理论形态，在理论力学

中用来作力学和运动学分析，实际材料

中并不存在。

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•线弹性体

线弹性体遵从虎克定律

(1-1)

式中：－应力，－应变，E－弹性模量

对于金属等结晶材料，在弹性极限内，

就可以视为线弹性体

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完全流体

•粘度为零的流体。其特点是只要有微小

的外力，就会产生无限大的流动。这是

一种理论形态，实际材料中不存在完全

流体。

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牛顿流体

•流体的特点是任何微小都能引起不可逆的流动或永久

的塑性变形.实际流体是具有粘度的,如果流体流动的剪

切应力与其应变速率之间呈线性关系,即满足下式:

•(1-2)

•式中:-剪切应力,-应变速率,-粘度

•满足上式的流体称为牛顿流体,其粘度也称为牛顿粘度,

牛顿流体也称为线性流体。

•一般低分子流体一般是牛顿流体，浓度非常低的聚合

物溶液也可以近似作为牛顿流体。

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非牛顿流体

•对不满足牛顿定律的流体，称为非牛顿流体，也叫非

线性流体。

•绝大多数聚合物浓溶液、熔体是非牛顿流体。

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1.3聚合物粘弹性

•对于理想线弹性体，应力－应变的关系符合虎

克定律。对于理想线性的粘性流体，应力－应

变速率符合牛顿粘性定律。

•实际上，既没有纯粹的线弹性体，也没有纯粹

的线性粘性流体。对于实际的材料，弹性和粘

性总是共存的。当弹性的作用相对于粘性的作

用占主导地位时，可以作为弹性体进行分析，

比方，金属等结晶材料。反之，当粘性作用占

主导地位时，可以作为粘性流体进行分析。

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•对于聚合物材料，许多情况下弹性和粘

性的作用相当，因而，弹性和粘性作用

都不能忽略。这种粘性和弹性共存的状

态就是聚合物材料的“粘弹性〞

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•聚合物的粘弹性表现在弹性模量是时间t

的函数，应力与应变都具有时间依赖性。

即

•

•式中E(t)－弹性模量，D(t)－柔度

•－应变，－应力

•正因为聚合物的弹性模量是时间的函数，

所以，应力与应变之间表现出非线性的

关系