聚合物流变学的数学基础
- 格式:ppt
- 大小:120.00 KB
- 文档页数:21
名词解释动态力学性能:材料在交变力场作用下的力学性能。
爬杆现象:法向应力超过了离心力就将流体沿旋转轴向上推。
挤出膨胀:聚合物熔体经口模挤出后,其断面膨胀,大于口模的断面。
无管虹吸:对牛顿型流体,当虹吸管提高到离开液面时,虹吸现象立即终止。
对高分子液体,如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体系,当虹吸管升离液面后,杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出,这种现象称无管虹吸效应。
临界分子量:聚合物的性质随分子量的增加或减少,变化规律发生转折所对应的分子量。
蠕变实验:在不同的材料上瞬时地加上一个应力并保持恒定,然后观察各种材料的应变随时间的变化的实验。
应力松弛实验:使材料试样瞬时产生一个应变,保持恒定,然后观察应力随时间的变化的实验。
涂-4杯:国内应用最广泛的一种粘度杯,按GB/T 1723-93设计,适用于测量涂料及其它相关产品的条件粘度。
圆管中的稳定层流:流体仅沿着z轴方向在一根细管中流动,且每个质点的流动速度不随时间变化。
Couette流动:在外圆筒与内圆筒之间环形部分内的流体中的任一质点仅围绕着内外管的轴以角度ω作圆周运动,没有沿Z或Y方向流动。
锥板流动:发生在一个圆锥与一个圆盘之间,圆盘与平板之间的夹角很小,一般小于4度,在流动中,剪切面为具有相同θ坐标的圆锥面,速度梯度为θ方向,流体流动的方向为ψ方向。
进口效应:由于毛细管很细,压力传感器不能设置在毛细管壁上,它只可设在毛细管进口处的机筒内,这样测得的压力来计算粘度会偏高。
边缘效应:部分转矩被消耗在产生这种在边缘上的复杂流动上而造成的误差。
塑性:某些聚合物流体在受较低应力时像固体一样,只发生弹性形变而不流动,只有当外力超过某临界值σy(屈服应力)时,它会发生流动,网络被破坏,固体变为液体。
假塑性:粘度随剪切速率的增大而下降的性质。
膨胀性:粘度随剪切速率的增大而增大的性质。
触变性:凝胶结构的形成和破坏的能力。
剪切稀化:粘度随剪切速率的增大而下降的性质。
阐明流变学的“三大方程”的数学基础高聚物材料的性能测定和加工过程,是流变学的主要研究范围和对象。
为了定量地分析研究高聚物材料的流动和变形过程,必须建立起描述这个过程的数学方程。
这就是流变学的三大基本方程:连续性方程,动量方程和能量方程。
而且这些数学方程必须建立在矢量模型和张量运算的基础上。
高聚物流变学的发展,与现代数学的应用密切相关。
特别是张量分析是高聚物流变学研究中必不可少的工具。
这里涉及到有限的一些张量分析的数学概念,有助于我们建立矢量空间的思维能力,以便更好地理解流变学基本方程,及其一些加工应用方程的推导。
全面学习和研究流变学,必须具有矢量代数,线性代数和张量运算的数学基础。
(1)标量,矢量和张量 没有任何方向性的纯数值的量称为标量。
如质量m ,体积V ,密度ρ,温度T ,热导率λ,热扩散率α,比定压热C P 和能量E 等。
标量的特征是其值不因坐标系变换而变换。
既有方向,又有大小的量称为矢量,如位移,速度和温度梯度等。
矢量用粗体代号或一个脚码代号表达k a j a i a a a z y x i ρρρρ++==这里k j i ρρρ,,是分别平行于x ,y ,z 轴的单位矢量。
三个分量a x ,a y ,a z 的大小,实际上是矢量a i 在x ,y ,z 轴上投影。
对于一个直角坐标系中的矢量a i (a 1,a 2,a 3),需经坐标变换公式,才能变换到另一直角坐标系a `i (a `1,a `2,a `3)。
张量比矢量更为复杂,是矢量的推广。
在物理学上的定义为:在一点处不同方向上具有各个矢量值得物理量。
流变学应用的是二阶张量,是“面量”。
张量在数学上定义是:在笛卡尔坐标系上一组有32个有序矢量的集合。
指数n 称为张量的阶数,二阶笛卡尔张量3 n =9,n=2。
标量是零阶张量,矢量是一阶张量。
张量不仅可以从一个直角坐标系转换到另一个直角坐标系,还可以按定量关系转换到柱面坐标系(r ,θ, z )和球面坐标系(r , θ, ϕ)。
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。