第四章四川大学高分子流变

一、名词解释1. 本构方程:又称状态方程,描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。

2. 等粘度原则:两相高分子熔体或溶液粘度相近,易混合均匀。

3. 近似润滑假定:把原来物料在x—y平面的二维流动,在一段流道内简化成为只沿x方向的一维流动,这种简化假定称为~。

4. 剪切变稀:相同温度下,高分子液体,在流动过程中粘度随剪切速率增大而降低的现象。

5. 表观剪切黏度:表观粘度η a定义流动曲线上某一点τ与γ的比值6. Banis效应:又称口型膨胀效应或挤出胀大现象,是指高分子熔体被迫挤出口模时,挤出物尺寸d大于口模尺寸D,截面形状也发生变化的现象。

7. 粘流活化能:E定义为分子链流动时用于克服分子间位垒跃迁到临近空穴所需要的最小能量,它表征粘度对温度的依赖性,E越大,粘度对温度的依赖性越强,温度升高,其粘度下降得越多。

8. 法向应力差:两个法向应力分量差值在各种分解中始终保持不变,定义法向应力差函数来描写材料弹性形变行为。

9. 零切黏度:剪切速率接近于0时,非牛顿流体对应的粘度值。

10. 表观粘度:流动曲线上某点与原点连线的斜率11. 弯流误差:高分子液体流经一个弯形流道时,液体对流道内侧壁和外侧壁的压力,会因法向应力差效应而产生差异。

12. 拉伸粘度:聚合物在拉伸过程中拉伸方向的总的法向应力与拉伸速率的比值。

13. 第二牛顿区;假塑性流体在当前剪切速率很高时,剪切粘度会趋于一个定值,而这一剪切区域称为假塑性流体的第二牛顿区。

14. 触变性:等温条件下,某些液体流动粘度随外力作用时间长短发生变化的性质,其中粘度变小为触变性。

15. Tf:黏流温度,高分子高弹态与粘流态之间转变的温度,大分子链产生重心位移的整链相对运动。

16. Tg:玻璃化温度,分子链段运动,解除冻结的温度,形变可以恢复。

17. 爬杆现象、weissenberg效应、包轴现象:高分子液体在用圆棒搅动时环绕在旋转木棒附近并沿棒向上爬的现象。

《高分子流变学》一、简介高分子流变学是高分子材料及工程专业的重要课程，我专业设此课程为专业选修课。

本课程在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学行为额基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，介绍了高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同之处，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍了流变学的测试原理和基本研究方法。

进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。

二、第一章绪论第一节流变学的发展一．定义流变学是研究材料的流动和变形的科学，它是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。

二．流变学产生的简史与发展流变学的诞生：宾汉（奠基人）与雷诺的故事；流变学的发展：流变学出现在 20 世纪 20 年代；麦克斯韦的贡献；早期国际流变学发展；目前关于流变学的研究十分活跃；流变学应用：流变学与现代工业；流变学与地球科学；流变学与土木工程；三．流变学的研究对象：流动的固体；非牛顿流体。

四．流变学的研究内容：本构方程；力学模型；物理模型。

五．其他流变学技术：磁流变学；电流变学；血液流变学。

第二节高分子流变学概述一．定义：高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。

二．高分子流变学的发展三．高分子流变学研究内容：结构流变学；加工流变学。

四．高分子流变学研究方法：挤出式流变仪；转动式流变仪；转矩流变仪。

第三节流变学与聚合物工业的关系一．高分子加工的基本类型1. 塑料加工：挤出、注塑2. 纤维加工：口模、拉伸及拉伸粘度3. 橡胶加工：压延、密炼、挤出二．基本关系概述三．在聚合物材料加工中的应用第四节流变学在化妆品中的应用第二章线性粘性流动第一节基本概念一．流动的类型1. 层流、湍流层流，稳定流动，流体可看作是假想的层状流体所组成，层与层之间没有流动。

《高分子化学》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：高分子化学(Polymer Chemistry)课程号（代码）：300019040课程类别：专业基础课学时： 64 学分：4二、教学目的及要求高分子化学是高分子类专业基础课。

以有机化学和物理化学等为基础，又为后继课程：聚合反应工程、聚合物合成工艺学等打下理论基础。

高分子化学是研究聚合物的合成原理及其化学反应的一门科学。

它的任务是通过课堂教学，使学生掌握高分子的基本概念，合成高分子化合物的基本原理及控制聚合反应速度和分子量的方法，高分子化学反应的特征及聚合方法的选择。

要求学生掌握高分子的基本概念，合成高分子化合物的基本原理及控制聚合反应速度和分子量的方法，高分子化学反应的特征及聚合方法的选择。

三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并以下划线或*等方式注明重点、难点）高分子化学各章学时分配情况第一章 6-7学时第二章 8-9学时第三章 15-17学时第四章 6-7学时第五章 6-7学时第六章 4-5学时第七章 2学时第一章绪论1、教学内容：高分子化合物及其特性；高分子化合物的分类；高分子化合物的命名；合成高分子化合物的反应型。

2、目的要求：掌握高分子化合物的基本概念、分类及命名原则，合成高分子化合物的反应方程式。

初步了解聚合物的平均分子量、分子量分布、结构性能的基本的概念。

第二章逐步聚合1、教学内容：平衡缩聚的特点及影响缩聚平衡的因素；Flory等活性理论；反应程度和平均聚合度的概念，计算公式及相互关系；平均聚合度与平衡常数的关系及缩聚平衡方程；缩聚反应动力学；影响缩聚反应的因素；线型缩聚产物分子量的控制和分布；体型缩聚；不平衡缩聚；聚加成聚合反应及开环聚合反应；Diels-Alder反应；逐步聚合反应实施方法。

2、目的要求：掌握逐步聚合反应的特点；反应程度、官能度、线型缩聚、体型缩聚的概念；线型缩聚中影响聚合度的因素及控制聚合度的方法；体型缩聚中凝胶点的预测。

四川大学高分子物理课件•高分子物理概述•高分子链结构与性质•高分子溶液与凝胶•高聚物力学性能与形变目录•高聚物电学、光学及热学性能•聚合物共混与复合材料01高分子物理概述高分子链的结构与构象研究高分子链的组成、构型、构象及其变化规律。

高分子聚集态结构探讨高分子材料在不同条件下的聚集态结构，如晶态、非晶态、取向态等。

高分子溶液与高分子液体研究高分子在溶液和液体中的行为，包括溶解、溶胀、流变等。

高分子材料的力学、热学、电学等性能分析高分子材料的各种物理性能及其与结构的关系。

03高分子物理学的形成与发展随着对高分子材料结构和性能研究的深入，高分子物理学逐渐形成并发展。

01早期高分子科学的发展主要围绕天然高分子材料的研究和应用。

0220世纪初的高分子科学合成高分子的出现，推动了高分子科学的快速发展。

高分子物理为高分子材料的合成、加工、改性提供了理论基础。

材料科学与工程生物医学领域环境保护与可持续发展新能源领域高分子材料在医疗器械、药物载体、生物组织工程等方面有广泛应用。

高分子材料在环保领域的应用，如污水处理、废气处理等，有助于实现可持续发展。

高分子材料在太阳能电池、燃料电池等新能源领域的应用日益广泛。

高分子物理在现实生活中的应用02高分子链结构与性质高分子链的化学结构主链结构高分子链的主链是由共价键连接的原子序列，决定了高分子链的基本骨架。

侧基与官能团高分子链上可能带有各种侧基和官能团，这些基团对高分子链的性质和功能有重要影响。

立体异构高分子链中的原子或基团在空间上的排列方式不同，可形成立体异构体，如全同立构、间同立构和无规立构等。

高分子链中原子或基团在空间的具体排列称为构象，高分子链的构象是多种多样的。

构象柔性影响柔性的因素高分子链的柔性是指链段在空间中改变构象的能力，柔性好的高分子链易于改变构象。

高分子链的柔性受主链结构、侧基与官能团、温度等因素的影响。

030201高分子链的构象与柔性高分子链在空间中通过分子间相互作用力聚集在一起形成的结构称为聚集态结构。

《四川大学高分子物理课件第四章非晶态高聚物》教学内容：本节课的教学内容选自四川大学高分子物理课件第四章非晶态高聚物。

本章主要介绍非晶态高聚物的结构、性质和行为。

具体内容包括非晶态高聚物的分子结构、热稳定性、机械性能、溶剂化作用以及非晶态高聚物的结晶行为等。

教学目标：1. 使学生了解非晶态高聚物的分子结构，理解其热稳定性和机械性能的特点。

2. 培养学生对非晶态高聚物的溶剂化作用和结晶行为的理解。

3. 通过对非晶态高聚物的学习，培养学生对高分子物理的兴趣和好奇心。

教学难点与重点：重点：非晶态高聚物的分子结构、热稳定性、机械性能、溶剂化作用以及结晶行为。

难点：非晶态高聚物的结晶行为及其对材料性能的影响。

教具与学具准备：教具：PPT课件、黑板、粉笔。

学具：笔记本、课本、彩色笔。

教学过程：一、情景引入（5分钟）通过展示一些日常生活中的非晶态高聚物材料（如聚乙烯、聚丙烯等），引导学生思考这些材料的结构与性能之间的关系。

二、知识讲解（15分钟）1. 非晶态高聚物的分子结构：介绍非晶态高聚物的分子结构特点，如无规则排列、链段运动受限等。

2. 热稳定性：讲解非晶态高聚物的热稳定性特点，如玻璃化转变温度、热膨胀系数等。

3. 机械性能：介绍非晶态高聚物的机械性能特点，如弹性模量、屈服强度等。

4. 溶剂化作用：讲解非晶态高聚物的溶剂化作用原理，如溶剂选择性、溶胀度等。

5. 结晶行为：介绍非晶态高聚物的结晶行为，如结晶度、结晶速率等。

三、例题讲解（15分钟）举例讲解非晶态高聚物的结晶行为对其性能的影响，如结晶度对机械性能的影响、结晶速率对溶剂化作用的影响等。

四、随堂练习（10分钟）布置随堂练习题，让学生结合所学知识，分析非晶态高聚物的结构与性能之间的关系。

五、课堂小结（5分钟）板书设计：非晶态高聚物1. 分子结构：无规则排列、链段运动受限2. 热稳定性：玻璃化转变温度、热膨胀系数3. 机械性能：弹性模量、屈服强度4. 溶剂化作用：溶剂选择性、溶胀度5. 结晶行为：结晶度、结晶速率作业设计：1. 请描述非晶态高聚物的分子结构特点。

第四章 高分子流变本构方程的分子理论采用分子论方法研究高分子液体的流变性质，首先要抓住高分子材料是由一些长度不同的链组成，每根链又由一系列单体单元构成的事实，研究分子链的结构细节、分子链构象及运动特性对材料流变性质的影响，阐明材料在链段和分子链层次的结构参数与材料流变特性的内在联系。

根据研究的材料对象不同，分子论路线对高分子稀溶液、亚浓溶液及浓厚体系（浓溶液及熔体）分别有不同的模型和处理方法。

所谓稀溶液，指溶液中各个分子链线团及其所属的流体力学体积（排除体积）相互无重迭，不发生作用。

主要研究一条孤立链的粘弹性理论。

研究结果已相当成功。

所谓浓厚体系，指分子链之间已发生聚集和相互作用，最典型的为发生了分子链间的缠结（entanglement coupling ）。

由于缠结的本质至今尚不明确，为研究带来很大困难。

de Gennes 和Doi-Edwards 等人分别建立了“蠕动模型”和“管道模型”，将多链体系简化为一条受到约束的单链体系，从而使问题的处理得以简化，得到了很有价值的结果。

目前国际上对高分子链的缠结多用“蠕动模型”加以处理，已应用于诸如流动、扩散、弛豫、熔体结晶、相分离动力学等问题。

1． 高分子稀溶液和浓厚体系按照现代高分子凝聚态物理的观点，高分子液体可以按照浓度大小及分子链形态的不同分为以下几种状态：高分子极稀溶液、稀溶液、亚浓溶液、浓溶液、极浓溶液和熔体（见图4-1）。

高分子极稀溶液 → 稀溶液 → 亚浓溶液 → 浓溶液 → 极浓溶液和熔体分界浓度： s C *C e C **C浓度范围： ～10-2% ～10-1% ～10% ～10图4-1 高分子溶液及其分界浓度接触浓度*c ：稀溶液和亚浓溶液的分界浓度；缠结浓度e c ：亚浓溶液和浓溶液的分界浓度；动态接触浓度s c ：极稀溶液和稀溶液间的分界浓度。

当溶液浓度小于接触浓度*c 时，分子链相距较远，彼此独立。

达到接触浓度时，按定义单分子链线团应一个挨一个充满溶液的整个空间，紧密堆砌，互相“接触”。