聚合物流变学
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聚合物流变学研究意义聚合物流变学是研究聚合物在外力作用下的流变特性的学科。
聚合物是一类大分子化合物,具有高分子量、高分子链的柔韧性和长期的耐久性等特点。
聚合物在外力作用下会产生不同的变形和流动行为,而聚合物流变学正是研究这些变形和流动行为的学科。
聚合物流变学的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 工程应用:聚合物流变学的研究可以为聚合物工程应用提供重要的理论基础。
比如,聚合物在塑料加工中的流动行为和变形特性对于塑料工程的设计和制造至关重要。
另外,在航空、汽车、电子等领域,聚合物的流变特性也对产品的性能和可靠性有着重要的影响。
2. 医学应用:聚合物在生物医学领域中有着广泛的应用,比如注射用聚合物、生物材料、组织工程等。
聚合物流变学的研究可以为这些应用提供重要的理论支持和技术指导。
3. 环境保护:聚合物在环境领域中也有着重要的应用,比如塑料袋、塑料瓶等。
聚合物流变学的研究可以为这些应用提供技术支持,使其更加环保和可持续。
聚合物流变学的研究主要涉及到以下几个方面:1. 本构关系:聚合物的流变特性与其分子结构有关,通过研究聚合物的分子结构和流变行为,可以建立聚合物的本构模型,从而预测其力学性能。
2. 流变行为:聚合物的流变行为包括弹性、塑性、粘弹性等,通过研究聚合物的流变行为,可以了解其在复杂工况下的行为规律,从而为工程应用提供理论指导。
3. 流变测试:聚合物的流变测试是研究聚合物流变行为的重要手段,包括剪切测试、拉伸测试、压缩测试等。
通过流变测试,可以获得聚合物的粘度、弹性模量、屈服点等流变参数,为聚合物工程应用提供重要的数据支持。
聚合物流变学的研究对于聚合物工程应用、生物医学、环境保护等领域都具有重要的意义。
在未来,随着聚合物材料的广泛应用,聚合物流变学的研究也将变得越来越重要。
第一章 绪 论1. 流变学概念流变学——研究材料流动及变形规律的科学。
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。
图1-1 液体流动与固体变形的一般性对比Newton’s 流动定律 γησ 0= 牛顿流体 H ooke’s 弹性定律 εσE = 虎克弹性体实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。
如沥青、粘土、橡胶、石油、蛋清、血浆、食品、化工原材料、泥石流、地壳,尤其是形形色色高分子材料和制品,它们既能流动,又能变形;既有粘性,又有弹性;变形中会发生粘性损耗,流动时又有弹性记忆效应,粘弹性结合,流变性并存。
对于这类材料,仅用牛顿流动定律或虎克弹性定律已无法全面描述其复杂力学响应规律,必须发展一门新学科——流变学对其进行研究。
流变性实质——“固-液两相性”,“粘弹性”并存。
这种粘弹性不是小变形下的线性粘弹性,而是材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹行为。
流动与变形又是两个紧密相关的概念。
在时间长河中,万物皆流,万物皆变。
流动可视为广义的变形,而变形也可视为广义的流动。
两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同。
按地质年代计算,坚硬的地壳也在流动,地质学中著名的“板块理论”揭示了亿万年来地球大陆板块的变化和运动。
另一方面,如果以极快的速度瞬间打击某种液体时,甚至连水都表现了一定的“反弹性”。
1928年,美国物理化学家E.C.Bingham正式命名“流变学(rheology)”,字头取古希腊哲学家Heraclitus所说的“ ”,意即万物皆流。
1929年成立流变学会,创办流变学报(Journal of Rheology),一般将此认为流变学诞生日。
流变学是一门涉及多学科交叉的边缘科学。
高分子材料流变学的研究内容与高分子物理学、高分子化学、高分子材料加工原理、高分子材料工程、连续体力学、非线性传热理论等联系密切;其研究对象的力学、热学性质相当复杂。
聚合物流变学的学习与心得体会通过一学期的聚合物流变学的学习,使我对其有了初步的了解。
现在针对平时学习笔记和课后浏览相关书籍所获知识进行总结。
一、聚合物流变学学习内容1. 流变学中的基本概念流变学是研究材料的流动和变形规律的科学,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。
聚合物随其分子结构、分子量的不同,以及所处温度的不同,可以是流体或固体,它们的流动和变形规律各不相同,也即有不同的流变性能。
聚合物流变学是研究聚合物及其熔体的变形和流动特性。
1.1 粘弹性流体特性及材料流变学分类粘性流体的流动是:变形的时间依赖性;变形不可恢复(外力作的功转化为热能);变形大,力与变形速率成正比,符合Newton's流动定律。
根据经典流体力学理论,不可压缩理想流体的流动为纯粘性流动,在很小的剪切应力作用下流动立即发生,外力释去后,流动立即停止,但粘性形变不可恢复。
切变速率不大时,切应力与切边速率呈线性关系,遵循牛顿粘性定律,且应力与应变本身无关。
流体→流动→粘性→耗散能量→产生永久变形→无记忆效应根据经典固体力学理论,在极限应力范围内,各向同性的理想弹性固体的形变为瞬时间发生的可逆形变。
应力与应变呈线性关系,服从胡克弹性定律,且应力与应变速率无关。
固体→变形→弹性→储存能量→变形可以恢复聚合物流动时所表现的粘弹性,即有粘性流动又有弹性变形,与通常所说的理想固体的弹性和理想液体的粘性大不相同,也不是二者的简单组合。
材料流变学分类⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧==⎩⎨⎧⋅=⋅=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧==∞=⎩⎨⎧⋅=⋅=)),,(()),,((.3.2())((.1)),,(.30,(.2))((.1t f t f t f G G G G E γγσγγσγησγγησγγσγγγσγσ 非线性线性粘弹性流体无粘性牛顿流体)线性非线性粘性流体流体非线性线性(粘弹性固体)刚体非线性)为常数、线性(弹性固体固体 其中非牛顿流体⎩⎨⎧粘弹性流体广义牛顿流体非牛顿流体 基本变形方式:拉伸(压缩)、剪切、膨胀。