高分子材料加工工艺聚合物流变学基础
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聚合物加工流变学基础-回复聚合物加工流变学基础是研究聚合物材料在加工过程中的流变特性的学科。
聚合物加工流变学研究了聚合物材料在加工过程中的力学行为,包括材料的粘度和流变应力等关键参数。
本文将一步一步介绍聚合物加工流变学的基础知识。
第一步:了解流变学基本概念流变学是研究物质在外力作用下的变形和流动行为的学科。
在流变学中,我们关注的是物质对外力的响应及其与应变速率的关系。
第二步:理解聚合物的基本特性聚合物是由大量重复单元构成的高分子化合物。
它们具有灵活性、可塑性和可拉伸性等特性。
聚合物的流变特性主要由分子结构、分子量和分子排列等因素决定。
第三步:聚合物加工过程中的变形行为在聚合物加工过程中,聚合物材料经历了多种变形行为。
这包括弹性变形、塑性变形和黏弹性变形。
弹性变形是指材料在施加外力后会发生可逆的变形,一旦外力消失,材料会恢复到原始形状。
塑性变形是指材料在外力作用下会发生不可逆的变形,即使外力消失,材料也无法完全恢复到原始形状。
黏弹性变形则是介于弹性变形和塑性变形之间的一种特性,即材料在外力作用下会有一部分可恢复的变形,但也会有一部分不可恢复的变形。
第四步:流变特性的测量方法为了研究聚合物材料的流变特性,科学家们发展了多种测量方法。
其中最常用的方法是旋转流变仪和剪切流变仪。
旋转流变仪通过旋转圆盘或圆柱体来施加剪切力,测量材料对剪切力的响应。
这种方法可以获取材料的剪切粘度和剪切应力等指标。
剪切流变仪则是通过在平行平板之间施加剪切力来测量材料的流变特性。
这种方法可以获取材料的剪切应变和剪切应力等参数。
第五步:聚合物的流变特性与应用研究聚合物材料的流变特性可以为聚合物加工过程的优化提供指导。
通过调节加工条件和材料组成,可以改变聚合物的流变特性,以满足不同的需求。
聚合物加工流变学的应用非常广泛。
在塑料加工、橡胶制品生产、粘合剂制造等领域中,流变学原理的应用可以改善产品的质量和生产效率。
此外,流变学还可用于药物传递系统、生物医学工程等领域的研究。
中国海洋大学本科生课程大纲课程属性:公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能,课程性质:必修、选修一、课程介绍1.课程描述:《聚合物流变学基础》是讲授聚合物流动和变形的课程,是材料科学与工程专业和高分子材料与工程专业的专业选修课,是为材料学院培养高质量专业人才服务的。
课程主要涵盖聚合物流变学基础知识、基本理论、流变测量等内容,包括聚合物典型流变特征、聚合物流体的黏性和弹性行为、流变性能的测试方法、基本仪器的构造和原理、聚合物常见的流动方式及其实际应用案例。
“Fundamentals of Polymer Rheology”is a course that teaches polymer flow and deformation. It is an elective course for materials science and Engineering and polymer materials and Engineering majors. It serves to train high-quality professionals for the School of Materials.The course mainly covers basic knowledge, basic theory and rheological measurement of polymers, including typical rheological characteristics of polymers, viscosity and elastic behavior of polymer fluids, testing methods of rheological properties, structure and principle of basic instruments, common flow patterns of polymers and practical application cases.- 1 -2.设计思路:聚合物流变学是一门涉及多学科交叉的科学,与高分子物理学、高分子化学。
聚合物流变学基础知识四章聚合物流变学基础1.与低分子物相比,聚合物的黏性流淌有何特点?答:绝大多数低分子物具有牛顿流体的性质,即其粘性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。
比如水、甘油等。
高分子稀溶液也是。
而大部分聚合物熔体属于非牛顿流体中的假塑性流体,随剪切力增强而变稀。
与低分子物相比,聚合物的粘性流淌(流变行为,主要是指聚合物熔体,而不包括聚合物溶液)具有如下特征:(1)聚合物熔体流淌时,外力作用发生粘性流淌,同时表现出可逆的弹性形变。
(2)聚合物的流淌并不是高分子链之间的容易滑移,而是运动单元依次跃迁的结果。
(3)它的流变行为剧烈地依靠于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时光、作用力的性质和大小等外界条件的影响。
(4)绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的,如挤出,注射,吹塑等。
(5)弹性形变及其后的松驰影响制品的外观,尺寸稳定性。
2.什么是牛顿型流体和非牛顿型流体?使用流变方程和流淌曲线说明非牛顿型流体的类型。
答:牛顿粘性定律:某些液体流淌时切应力τ与切变率D之比为液体的粘度。
遵循牛顿粘性定律的液体称为牛顿流体,凡是流体运动时其切变率D与切应力τ不成线性关系的流体称为非牛顿流体。
η=K(d/dy)n= Kγn-1式中,K为稠度系数,N?S”/m ;为流体特性指数,无因次,表示与牛顿流体偏离的程度。
由方程式可见:①当n=1时,η=K,即K 具有粘度的因次.此时流体为牛顿流体;①当ηl时,为膨胀塑性或剪切增稠流体;①当剪切应力高于流淌前的剪切屈服应力的流体叫宾哈流体3.何为表观黏度?试述大部分聚合物熔体为假塑性流体的理由。
答:表观黏度为非牛顿流体剪切应力,即剪切速率曲线上的任一点所对应的剪切应力除以剪切速率。
由于大部分的聚合物是热塑性塑料而热塑性塑料的剪切速率在10-104S-1。
流淌曲线是非线性的,剪切速率的增强比剪切应力增强的快,并且不存在屈服应力,流体特征是黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低。
《聚合物加工流变学基础》课程教学大纲FoundationofPoIymerRheo1ogy一、课程基本信息学分:2.0学时:32考核方式:各教学环节占总分的比例:作业及平时测验:30%,期末考试:70%中文简介:聚合物加工流变学基础是高分子材料与工程专业成型加工方向的一门专业基础课程。
该课程介绍了聚合物流变学的基本概念、聚合物溶液和熔体的基本流变特性及主要影响、以及聚合物流变性能的测试等。
高分子材料的加工成型几乎都是在流动状态下进行的。
通过该课程的学习,学生应掌握聚合物的流变性质,为改进聚合物加工工艺条件、制品性能以及加工机械的设计提供理论上的指导。
二、教学目的与要求1.使学生对高分子材料加工过程的基本原理,主要包括高分子材料在成型加工过程中的基本流变学原理和传热学原理有比较全面的认识。
结合高分子物理学、材料加工工艺学、加工机械及模具设计,理解高分子材料的流变性质与材料的结构、性能、制品配方、加工工艺条件、加工机械及模具的设计和应用之间的关系。
2.掌握高分子材料的基本流变学性质;了解研究高分子材料流变性质的基本数学、力学方法;掌握测量、研究高分子材料流变性质的基本实验方法和手段。
为进一步学习《聚合反应工程》、、《高分子材料成型加工工艺学》、《高分子材料成型加工机械》、《模具设计》等课程打下基础。
3.讨论典型高分子材料成型加工过程的流变学原理,讨论多相聚合物体系(复合材料)的流变性质,为分析和改进生产工艺、指导配方设计、开发和应用高分子材料提供一定的理论基础。
三、教学方法和手段授课方式为课堂讲授为主,辅以实验教学,且与学生自学相结合,通过习题使学生加深对教学内容的理解,通过思考题鼓励学生思考问题和参阅文献。
教学方法上,通过讲授高分子流变的特点和原理,同时将课程学习与高分子的热点研究相结合。
课程教学中引入多媒体教学,采用新颖、多样的教学方式,引导学生,激发学生的学习兴趣与求知的欲望。
五、推荐教材和教学参考资源推荐教材:1.史铁钧,吴德峰.高分子流变学基础.北京:化学工业出版社,2009.06教学参考资源:2.吴其晔.《高分子材料流变学》(第一版).北京:高等教育出版社,2002.103.顾国芳,浦鸿汀.《聚合物流变学基础》(第一版).上海:同济大学出版社,2000.014.王玉忠,郑长义.《高聚物流变学导论》(第一版).成都:四川大学出版社,1993.07O5.周彦豪.《聚合物加工流变学基础》(第一版).西安:西安交通大学出版社,1988.03o六、其他说明该教学大纲依据教育部工科学校教学基本要求,借鉴国内同类专业办学经验,并结合我校的特色,在本专业教师的共同商讨下编写而成。
高分子材料基础及加工流变学第一章材料科学概述材料(Materials)具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称为材料。
材料化过程(Material Process)由化学物质或原料转变成适于一定用场的材料,这一转变过程称为材料化过程(材料工艺过程).材料是物质,但不是所有物质都可以称为材料。
大多数的物质需通过一定的工艺过程才能转化为材料.材料可由一种物质或若干种物质构成.同一种物质,由于制备或加工方法不同,可成为用途不同—不同类型的材料.材料、能源、信息是当代社会文明和国民经济的三大支柱,是人类社会进步和科学技术发展的物质基础和技术先导。
材料是全球新技术革命的四大标志之一:新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术未来新一代材料主要表现在:a. 既是结构材料又具有多种功能的材料;b. 具有感知、自我调节和反馈等能力的智能型材料c. 制作和废弃过程中尽可能减少污染的绿色材料;d. 充分利用自然资源,能循环作用的可再生材料;e. 少维修或不维修的长寿命材料。
第二章高分子材料的制备反应结构单元有时也称为单体单元 (Monomer unit)、重复单元 (Repeating unit)、链节 (Chain element)n 表示重复单元数,也称为链节数,在此等于聚合度,聚合度(Degree of polymerization)是衡量高分子大小的一个指标均聚物(Homopolymer):只含有一种重复单元的聚合物。
共聚物(Copolymer):含有两种以上重复单元的聚合物。
高分子化合物的基本特征:1.高分子的溶液性质——难溶,甚至不溶,溶解过程往往要经过溶胀阶段2.溶液粘度比同浓度的小分子高得多3.分子之间的作用力大,只有液态和固态,不能汽化4.高分子固态具有多种力学性质高分子材料的组成和成型加工:1.在成型加工过程中,物料的形态、结构都会发生显著变化,从而改变材料的性能。
2.当选择某种高分子材料时,不仅要考虑其潜在的优越性能,还必须考虑其成型加工工艺的可能性和难易。
第二章(第七章)(流变学)1.静态黏弹性:是指聚合物在静态载荷的作用下表现出的黏弹性行为,典型表现是蠕变和应力松弛2.蠕变:在一定温度和较小恒定载荷作用下,材料形变随时间增加而逐渐增大的现象3.应力松弛:在一定温度和应变保持不变作用下,聚合物内部应力随时间逐渐衰减的过程4.氧指数:(1)越小,越易燃(2)氧指数在22以下:易燃材料(3)22-27:难燃材料(4)27以上:高难燃材料,有自熄性5.黏弹体:聚合物液体流动时,以黏性形变为主,兼有弹性形变6.①层流:熔体流动方向相同,速度方向平行,Re(雷诺准数)一般<1②湍流:熔体流动方向不相同(因内部有分子缠结,熔体有弹性且剪切力过大导致)③稳定流动:流体状况保持稳定,不随时间变化④不稳定流动:熔体流动速率、温度、压力等均随时间变化;(e.g.充模流动)⑤拉伸流动:质点速度的变化与流体流动方向一致的流动⑥剪切流动:质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。
⑦等温流动:流体各处的温度保持不变情况下的流动⑧非等温流动:流体各处温度呈非等温状态⑨拖曳流动(属于剪切流动):对流体不施加压力梯度,靠边界运动产生流动场,由于黏性作用是运动的边界拖着流体跟它一起运动。
——电缆包覆由外界压力产生速度场引起流动——注射成型时内腔流体压力流动7.牛顿黏度是液体本神的固有属性,依赖于液体分子结构和温度,与剪切应力和剪切黏度无关8.非牛顿流体:流动行为不符合牛顿流体定律,即黏度随剪切应力和剪切速率变化而变化9.牛顿指数(n):①n<1时,假塑性流体②n>1时,膨胀性流体③n=1时,牛顿流体10.韦森堡值Nw:Nw < 1时,高分子熔体为黏性流动,弹性变形很小;Nw = 1~7时,高分子熔体为稳态粘弹性流体;时,高分子熔体为不稳定流动或弹性湍流。
11.宾哈姆流体:①当剪切应力高于某屈服应力时(τ>τy)才开始流动②直线不通过坐标原点③流体表现出与牛顿流体相似的流变行为④宾哈流体具有某种凝胶结构12.假塑性流体:①黏度随剪切应力或剪切速率的提高而降低②剪切变稀,不属于熔体弹性表现③假塑性流体的流动行为原因:1)高分子在流动过程中分子沿流动方向的取向,规则排列,降低了粘度2)大分子彼此之间的缠结,当缠结的大分子承受应力时,其缠结点就会被解开,降低了粘度。