7高聚物熔體的流變性

7高聚物熔體的流變性

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時(shí)間:2017-11-11

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1、第7章高聚物熔體的流變性當(dāng)溫度高于聚合物的Tf時(shí),聚合物變?yōu)榭闪鲃?dòng)的粘流態(tài)。幾乎所有高聚物的加工成型都是利用其粘流態(tài)下的流動(dòng)性進(jìn)行的(塑料、橡膠、纖維)。不存在粘流態(tài)的情況:(1)Td

2、送和成型都帶來極大方便。液體的流動(dòng)和變形都是在受有應(yīng)力的情況下得以實(shí)現(xiàn)的。重要的應(yīng)力有剪切、拉伸和壓縮應(yīng)力三種。7.1高聚物的流動(dòng)特性7.1.1牛頓流體和非牛頓流體拉伸:材料受到一對(duì)垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直線上的外力作用。拉伸應(yīng)力在成型中也較重要,例如吹塑中型坯的引伸,吹塑薄膜時(shí)泡管的膨脹,塑料熔體在錐形流道內(nèi)的流動(dòng)以及單絲的生產(chǎn)。拉伸流動(dòng)的速度梯度方向與流動(dòng)方向平行。壓縮:材料受到均勻的圍壓力,一般不是很重要,可以忽略剪切:材料受到與截面平行、大小相等、方向相反,但不在一條直線上的兩個(gè)外力作用,使材料發(fā)生偏斜。其偏斜角的正切值定義為剪切

3、應(yīng)變(?)。剪切應(yīng)變?剪切應(yīng)力?s高分子熔體或濃溶液在擠出機(jī)、注射機(jī)管道中、噴絲板孔道中、等截面管道及毛細(xì)管中的流動(dòng)大多屬于剪切流動(dòng)。剪切流動(dòng)的速度梯度方向與流動(dòng)方向垂直。流體在平直管內(nèi)受剪切應(yīng)力而發(fā)生流動(dòng)的形式有層流和湍流兩種。層流時(shí),液體主體的流動(dòng)是按許多彼此平行的流層進(jìn)行的,同一流層之間的各點(diǎn)速度彼此相同,但各層之間的速度卻不一定相等,而且各層之間也無可見的擾動(dòng)。如果流動(dòng)速度增大且超過臨界值時(shí),則流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?。湍流時(shí),液體各點(diǎn)速度的大小和方向都隨時(shí)間而變化,此時(shí)流體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)擾動(dòng)7.1.1.1牛頓流體和牛頓流動(dòng)定律可以把一個(gè)流體設(shè)想為無數(shù)個(gè)相互接觸著的

4、流動(dòng)層面組成的整體,各層面的流速不同,所以液層之間將存在相互運(yùn)動(dòng)。流動(dòng)得快的液層將對(duì)流動(dòng)較慢的液層施以拉力,而后者將對(duì)前者施以阻力,這種力稱為內(nèi)摩擦力,或稱粘滯力,粘度是流體內(nèi)部反抗這種流動(dòng)的內(nèi)摩擦阻力的宏觀表現(xiàn)低分子流體層流時(shí),流動(dòng)行為可用牛頓流體定律來表示:粘度不隨剪切應(yīng)力和剪切速率而變的流體,稱為牛頓流體。低分子液體和高分子稀溶液屬于牛頓流體。高分子熔體、濃溶液、分散體系等許多流體不符合牛頓流動(dòng)定律,稱為非牛頓流體。通??梢杂昧鲃?dòng)曲線來作判定N-牛頓流體;D-切力增稠流體(脹流體)S-切力變稀流體(假塑性流體)iB-理想的賓漢流體;PB-假塑性賓漢體7

5、.1.1.2非牛頓流體和冪律定律(1)賓漢流體(塑性體):剪切應(yīng)力小于一定值?y,流體不動(dòng),當(dāng)???y時(shí),才產(chǎn)生牛頓流動(dòng)。賓漢流體之所以有這種行為,是因?yàn)榱黧w在靜止時(shí)形成了凝膠結(jié)構(gòu),外力超過?y時(shí),這種三維結(jié)構(gòu)即受以破壞。泥漿、牙膏、油漆、潤滑脂、涂料、下水污泥、瀝青、聚合物在良溶劑中的濃溶液等屬于或接近于賓漢流體。(2)假塑性流體:粘度隨著剪切速率的增加而變小,切力變稀(剪切變稀,流動(dòng)性變好)。假塑性流體的流動(dòng)行為是由于①高分子在流動(dòng)過程中分子沿流動(dòng)方向的取向,規(guī)則排列,降低了粘度②大分子彼此之間的纏結(jié),當(dāng)纏結(jié)的大分子承受應(yīng)力時(shí),其纏結(jié)點(diǎn)就會(huì)被解開,降低了

6、粘度。大多數(shù)的聚合物熔體和濃溶液屬于假塑性流體假塑性流體流動(dòng)曲線偏離牛頓流動(dòng)階段的部分具有類似塑性流動(dòng)的特征,曲線的切線不通過原點(diǎn),而與縱坐標(biāo)交與某一σ值,好象有一屈服值,為與塑性流體區(qū)別,稱為假塑性流體假塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖零切黏度η0表觀黏度ηa微分黏度ηc零切黏度(牛頓黏度)η0:在低切變速率范圍內(nèi)(接近于零),非牛頓流體表現(xiàn)出牛頓性,該段的斜率。表觀黏度ηa:非牛頓區(qū),借鑒牛頓定律,流動(dòng)曲線上某對(duì)應(yīng)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率,即應(yīng)力與應(yīng)變速率的比值。牛頓定律微分黏度(綢度)ηc:流動(dòng)曲線上某切變速率下的對(duì)應(yīng)點(diǎn)做切線,切線的斜率。(3)膨脹性流體:隨著剪切

7、速率的增加,粘度變大,即發(fā)生切力變稠。屬于這一類型的流體大多數(shù)是固體含量高的懸浮液,高聚物的固體顆粒填充體系。處于較高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流動(dòng)行為就很接近這種流體。膨脹性流體所以有這樣的流動(dòng)行為,多數(shù)的解釋是:當(dāng)懸浮液處于靜態(tài)時(shí),體系中由固體粒子構(gòu)成的空隙最小,流體只能勉強(qiáng)充滿這些空間。當(dāng)剪切速率較小時(shí),流體就可以在移動(dòng)的固體粒子間充當(dāng)潤滑劑,因此,表觀粘度不高。但當(dāng)剪切速率逐漸增高時(shí),固體粒子的緊密堆砌就被破壞,整個(gè)體系就顯得有些膨脹。此時(shí)流體不再能充滿所有的空隙,潤滑作用因而受到限制,表觀粘度就隨著剪切速率的增長而增大脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖真正

8、的聚合物流體的流動(dòng)遵從的規(guī)律:遵循冪律定律(4)其他

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