聚合物的流变性

第9章聚合物的流变性流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。

聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的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。

9.1牛顿流体与非牛顿流体9.1.1非牛顿流体描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。

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。

式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)；——剪切速率，单位：s-1；——剪切粘度，单位：牛顿•秒/米2(N•s/㎡)，即帕斯卡•秒(Pa•s)。

非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。

包括：１、假塑性流体(切力变稀体)η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体２、膨胀性流体(切力变稠体)η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。

３、宾汉流体。

τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。

按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为：（1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。

（2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。

牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述：式中：K为稠度系数n：流动指数或非牛顿指数n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。

定义表观粘度9.2聚合物的粘性流动9.2.1聚合物流动曲线聚合物的流动曲线可分为三个主要区域：图9-1 聚合物流动曲线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，即的粘度。

２、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1，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。

第四节聚合物的流变性能一概述注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。

这时可把熔体看成连续介质，在机器某些部位上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。

在流场中熔体受到应力，时间，温度的联合作用发生形变或流动。

这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。

处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。

1 关于流变性能（1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。

剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯速降低，这种聚合物称作剪性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了解这一点对注塑有重要意义。

（2）离模膨胀效应当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀效应。

普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。

所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。

在纯剪切流动中法向效应是较小的。

粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。

流道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。

这是因为进入浇口段的熔体要收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口，剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模膨胀效应加剧。

如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。

这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。

（3）剪切速率对不稳定流动的影响剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。

聚合物流体的流变性引言聚合物流体是由聚合物分子组成的流体，其独特的流变性质使其在许多工业和科学领域中得到广泛应用。

本文将介绍聚合物流体的流变学性质，包括流变学基本概念、聚合物流体流变学模型、流变学测试方法和聚合物流体的应用领域。

流变学基本概念流变学是研究流体在外力作用下的变形和流动规律的科学。

聚合物流体的流变学行为与传统液体有所不同，其主要特点是非牛顿性。

非牛顿流体指的是流体的粘度随应力变化而变化的流体。

聚合物流体的非牛顿性主要由聚合物链的长而柔软的特性所决定。

根据应力与应变速率之间的关系，可以将聚合物流体分为剪切稀化和剪切增稠流体。

聚合物流体流变学模型为了描述聚合物流体的流变学行为，研究人员发展了许多流变学模型。

其中最经典的模型之一是Maxwell模型，它将聚合物流体看作是由弹簧和阻尼器组成的串联结构。

除此之外，还有Oldroyd-B模型、Giesekus模型和白金布卢米斯模型等。

这些模型可以有效地描述聚合物流体的应力-应变关系，并能预测流体的流变学行为。

流变学测试方法为了研究聚合物流体的流变学特性，需要进行一系列的流变学测试。

常见的流变学测试包括剪切应力-剪切应变测试、动态剪切测试、扩展流动测试和振动测试等。

这些测试方法可以提供流体的粘度、弹性模量、流动极限等参数，从而深入了解聚合物流体的流变学性质。

聚合物流体的应用领域聚合物流体的流变学性质使其在许多应用领域中得到广泛应用。

在食品工业中，聚合物流体用作稳定剂、增稠剂和乳化剂等。

在化妆品工业中，聚合物流体则用于调整产品的黏度和流动性。

此外，聚合物流体还在油田开发、药物传输和生物医学工程中起着重要作用。

结论聚合物流体的流变学性质对其在各种应用领域中的表现起着至关重要的作用。

在了解聚合物流体的流变学行为之后，我们能够更好地设计和控制这些流体，以满足不同领域的需求。

未来，随着对聚合物流体流变学性质研究的不断深入，我们可以预见聚合物流体在更多领域中发挥更重要的作用。

聚合物的流变性能一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。

这时可把熔体看成连续介质，在机器 某些部位上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。

在流场中熔体受到应力，时间，温度 的联合作用发生形变或流动。

这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切 的联系。

处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型 流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。

1 关于流变性能（1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。

剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯速降低，这种聚合物称作剪 性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了 解这一点对注塑有重要意义。

（2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀 效应。

普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温 度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。

所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹 性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。

在纯剪切流动中法向效应是较小的。

粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。

流 道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。

这是因为进入浇口段的熔体要 收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口， 剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模 膨胀效应加剧。

如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。

这时影响离模膨胀 效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。

（3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢 复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。

• = γη τ 第九章 聚合物的流变性一、 概念1、牛顿流体： 牛顿流动定律： 凡流动时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。

2、非牛顿流体：许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液，聚合物分散体系(如胶乳)以及填充体系等并不符合牛顿流动定律，这类液体统称为非牛顿流体。

3、假塑性流体：幂律方程：τ＝K γn n=1牛顿流体 n<1假塑性流体对于假塑性流体，随着切变速率的增加，流体粘度下降。

4、表观粘度：在流动曲线上为某一切速率γ下与原点相连直线的斜率。

聚合物在流动过程中除了产生分子链之间的不可逆粘性形变外，还产生高弹形变，表观粘度不完全反映流体不可逆形变的难易程度，仅对其流动性的好坏作一个大致性相对的比较。

表观粘度大则流动性差。

5、韦森堡效应（包轴效应）：爬杆效应：当聚合物熔体或浓溶液在容器中进行搅拌时，因受到旋转剪切的作用，流体会沿内筒壁或轴上升，发生包轴或爬杆现象。

爬杆现象产生的原因：法向应力差6、巴拉斯效应（挤出物胀大现象）：挤出胀大现象：当聚合物熔体从喷丝板小孔、毛细管或狭缝中挤出时，挤出物的直径或厚度会明显地大于模口尺寸，有时会胀大两倍以上，这种现象称作挤出物胀大现象，或称巴拉斯(Barus)效应。

二、选择答案1、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（C ）。

A、PEB、PPC、PCD、PB2、大多数聚合物熔体在剪切流动中表现为（B ）。

A、宾汉流体，B、假塑性流体，C、膨胀性流体，D、牛顿流体3、聚合物的粘流活化能一般与（D ）有关。

A、温度B、切应力C、切变速率D、高分子的柔顺性4、下列四种聚合物中，粘流活化能最大的为（D ）。

A、高密度聚乙烯，B、顺丁橡胶，C、聚二甲基硅氧烷，D、聚苯乙烯5、对于同一种聚合物，在相同的条件下，流动性越好，熔融指数MI越（）；材料的耐热性越好，则维卡软化点越（A ）。

A、高、高B、低、低C、高、低D、低、高6、下列方法中不能测定聚合物熔体粘度的是：（C）A、毛细管粘度计B、旋转粘度计C、乌氏粘度计D、落球粘度计三、填空题1、假塑性流体的粘度随应变速率的增大而降低，用幂律方程τ＝Kγn表示时，n ＜1。