第1820章高聚物流变性能培训课件

另一种是采取施加固定或可变的压力使流体通过 毛细管。 ❖ 乌氏粘度计 ❖ 熔融指数仪：固定压力型的毛细管流变仪。
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对于同种高聚物，流出量越大，熔融指数就越大。 对于不同的高聚物，不能用熔融指数的大小来比 较它们的流动性。 熔融指数测定仪通常用于非牛顿聚合物。 熔融指数的表达方法是MI温度/负荷量。 不同的加工条件对高聚物的熔融指数有不同的要求。
了的分子，其链段有自发恢复到蜷曲构象的倾向，但此弹 性回复受到转轴的限制，使这部分弹性性能表现为一种包 轴力，把熔体分子沿轴向上挤，形成包轴层。 ❖ 从受力的情况来看，就是切向和法向受力不同，形成了应 力差。
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第19章 毛细管粘度计
❖ 测定样品的粘性而不测定弹性。 ❖ 原理：一种是采用重力作驱动力；
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18.1.4 门尼粘度计 ❖ 一种旋转式粘度计。 ❖ 用于测定橡胶的流变性能。 ❖ 门尼粘度是在一定温度和一定转子转速下，测定
橡胶对转子转动的阻力。通常的表示方法为 Mt1+t2100,例如M3+4100,表示100℃预热3min,转动 4min的测定值。
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18.2 应 用
18.2.1 一种金属着色漆树脂原液粘度随温度的变化
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可变压力型的毛细管流变仪 ❖ 优点是可以在较宽的范围调节剪切速率和温度，
得到十分接近于加工条件的流变学物理量，而且 仪器结构简单，易于操作。 ❖ 除了测定粘度外，毛细管流变仪还可以用来观察 高聚物的熔体弹性和不稳定流动现象。 ❖ 毛细管流变仪的结构一般为柱塞式。
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19.1 仪器结构组成及原理
式中 dp－柱塞直径 cm; D-毛细管直径 cm;
v –柱塞下降速度 cm.min-1;
L-毛细管长度 cm。
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非牛顿指数n
非牛顿切变速率 表观粘度ηa
式中 n=1 牛顿流体 n>1 胀塑体，切力变稠 n<1 假塑体，切力变稀
第1820章高聚物流变性能
❖ 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、作用力的性质和大成型加工都是粘流态下加工的，如挤出，注 射，吹塑等。
❖ 热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动成型和冷 却固化三个基本步骤。
❖ 弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。
τ: 剪切应力（Pa） ω: 转子角速度
适用范围：用于中等粘度的液体。
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18.1.2 平行平板粘度计
平行平板粘度计：与同轴圆筒式相类似，也是固定一个平板，另一个平板作 相对转动，聚合物样品被放置在上下两个平行平板之间。
式中：M：转矩（g.m） 剪切速率（s-1）
τ: 剪切应力（Pa） ω: 转子角速度
❖牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与 变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿 流体的都称为非牛顿流体。
❖ 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。
❖ 牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。
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2、非牛顿流体
①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。
适用范围：用于测定高粘度样品及具有一定屈服值的样品。
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18.1.3 锥板粘度计
❖ 聚合物熔体被放置在锥板和圆形平板之间的缝隙内。
❖ 锥角α指的是锥体表面和水平板表面间的夹角。锥角α通常是 很小的（1-5º）。
❖ 锥板流变仪也是固定一个板不动，另一个板在恒定的角速度
（ω）下旋转。
式中： M：转矩（g.m）
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❖ 高分子熔体由于其链状的发展结构而具有独特的 平衡和动态流动性－在流动中伴随着形变。
❖ 与小分子液体区别:高分子具有粘弹性。 ❖ 正是因为高分子的本体粘弹性直接支配聚合物的
加工行为，所以高分子科学的一个中心任务就是 要对高分子的流动行为取得根本的认识和了解。
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牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体
主体部分 温控装置 机械传动 记录 Ｑ＝vs p=F/S
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高聚物的流动行为由粘度来表征：
❖ 牛顿流体的粘度只与温度有关； ❖ 非牛顿流体，其粘度不仅与温度有关，还依赖于剪切速率。 ❖ 毛细管流变仪检测到的是不同柱塞下降速度v(cm/min)时所
施加的挤压载荷F。 牛顿流体剪切应力τ与F的关系：
剪切速率γ与柱塞下降速度v关系：
（2）控制速率流变仪（CR）：其工作方式是试样
以固定的速率转动，然后测定为维持这个速率所
需要的外加扭矩值。
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18.1.1 同轴圆筒粘度计
聚合物试样被放置于内筒和外筒的缝隙之间，其中一个圆筒以恒定速率相对于 另一个圆筒转动。 通过一定的角速度ω（度/s、弧度/s）来旋转内筒或外筒，使试样发生剪切。
式中： M：转矩（g.m） 剪切速率（s-1）
剪切速率（s-1）
τ: 剪切应力（Pa）
ω: 转子角速度
适用范围：可用于测定许多粘性聚合物液体如聚合物熔体的粘度，用
于高剪切速率的实验。
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❖ 测量头的结构易于更换，可以根据样品的粘弹性 选择适宜的测试方法。
❖ 具有灵活多变的使用性能，既可以测定中等粘度 的样品，也可以测定粘度非常高的样品。
❖ 但是旋转式流变仪一般都是在较低的剪切速率下 测定，对于高剪切速率就应该使用毛细管流变仪 ，旋转流变仪不再适用。
各种流体的流动曲线 N为牛顿流体，S为假塑性流体， D为膨胀性流体，B为宾汉流体
各种流体的表观粘度与剪切速率的关系 N为牛顿流体，S为假塑性流体 D为膨胀性流体，B为宾汉流体 5
第18章 旋转式流变仪
18.1 仪器结构及原理
❖ 测量头系统：同轴圆筒、平行平板和锥板式。
❖ 旋转式流变仪使用方法：
（1）控制应力流变仪（CS）：先施加在转轴上一 定的扭矩，然后测定样品为抵抗这个外加的扭矩 而产生的剪切速率；
磷化膜是钢铁制件经酸式磷酸盐水溶液 处理而形成的保护膜，为装饰目的， 需对磷化膜进行着色处理； 用丙烯酸树脂对其着色。
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18.2.2 法向应力差的测定
❖ 用一转轴在液体中快速旋转，高聚物熔体或溶液与小分子 液体的液面变化明显不同。小分子液体－离心力；高分子 熔体或溶液－向心力。
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产生原因： ❖ 韦森堡效应是由于聚合物的弹性引起的。 ❖ 转轴－线速度提高，分子链被拉伸取向缠绕在轴上。取向