高分子聚合物熔体流变性.

7.1.1.1牛顿流体和牛顿流动定律
可以把一个流体设想为无数个相互接触着的流动层面组成的 整体，各层面的流速不同，所以液层之间将存在相互运动。 流动得快的液层将对流动较慢的液层施以拉力，而后者将对 前者施以阻力，这种力称为内摩擦力，或称粘滞力，粘度是 流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力的宏观表现 低分子流体层流时，流动行为 可用牛顿流体定律来表之所以有这种行为，是因为流体在静止时形成了凝 胶结构，外力超过 y 时，这种三维结构即受以破坏。 泥浆、牙膏、油漆、润滑脂、涂料、下水污泥、沥青、聚合 物在良溶剂中的浓溶液等属于或接近于宾汉流体。
（2）假塑性流体:粘度随着剪切速率的增加而变小, 切力变 稀(剪切变稀，流动性变好)。
假塑性流体的结构变化示意图
零切黏度η0 表观黏度ηa 微分黏度ηc
牛顿定律
. d dt
y
微分黏度η c
●
零切黏度η 0 表观黏度η a
γ
●
零切黏度（牛顿黏度）η0：在低切变速率范围内（接近于 零），非牛顿流体表现出牛顿性，该段的斜率。 表观黏度ηa：非牛顿区，借鉴牛顿定律，流动曲线上某对应 点与原点连线的斜率，即应力与应变速率的比值。 微分黏度（绸度）ηc：流动曲线上某切变速率下的对应点做 切线，切线的斜率。
胀性流体的结构变化示意图
真正的聚合物流体的流动遵从的规律:遵循幂律定律
( ) K , K 稠度系数, n 非牛顿指数.
n 1, , , 假塑性流体 n 1, ,不变, 牛顿流体 n 1, , , 胀流体 log log K nlog
7.1 高聚物的流动特性
7.1.1牛顿流体和非牛顿流体
除极少数几种工艺外，在大多数成型过程中都要求聚合物 处于粘流状态（塑化状态），因为在这种状态下聚合物不 仅易于流动，而且易于变形，这给它的输送和成型都带来 极大方便。 液体的流动和变形都是在受有应力的情况下得以实现的。 重要的应力有剪切、拉伸和压缩应力三种。

n
（4）其他流体:表现粘度随时间变化的非牛顿流体—依时性 非牛顿流体
假塑性流体流动曲线偏离牛顿流动阶 段的部分具有类似塑性流动的特征， 曲线的切线不通过原点，而与纵坐标 交与某一σ值，好象有一屈服值，为 与塑性流体区别，称为假塑性流体
y 1
牛顿流体 假塑性流体 牛顿流体
γ
●
假塑性流体的流动行为是由于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。 大多数的聚合物熔体和浓溶液属于假塑性流体
流体在平直管内受剪切应力而发生流动的形式有层流和湍 流两种。
层流时，液体主体的流动是按许多彼此平 行的流层进行的，同一流层之间的各点速 度彼此相同，但各层之间的速度却不一定 相等，而且各层之间也无可见的扰动。 如果流动速度增大且超过临界值时， 则流动转变为湍流。湍流时，液体 各点速度的大小和方向都随时间而 变化，此时流体内会出现扰动
切变速率 各类流体的流动曲线
切变速率 各类流体的粘度与切变速率的关系

N-牛顿流体; D-切力增稠流体（胀流体） S-切力变稀流体（假塑性流体） iB-理想的宾汉流体; PB-假塑性宾汉体
（1）宾汉流体(塑性体):剪切应力 小于一定值y,流体不动,当 y 时,才产生牛顿流动。
y
宾汉流体 牛顿流体
. d γ= dt
●
dγ dt
dv = dy
粘度不随剪切应力和剪切速率而变的流体，称为牛顿流体。 低分子液体和高分子稀溶液属于牛顿流体。
7.1.1.2非牛顿流体和幂律定律
高分子熔体、浓溶液、分散体系等许多流体不符合牛顿流 动定律,称为非牛顿流体。通常可以用流动曲线来作判定
iB PB N y S D
（3）膨胀性流体: 随着剪切速率的增加，粘度变大，即发生 切力变稠。
属于这一类型的流体大多数是固体含量 高的悬浮液，高聚物的固体颗粒填充体 系。处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊 塑料的流动行为就很接近这种流体。
y
膨胀性流体 牛顿流体
γ
●
膨胀性流体所以有这样的流动行为，多数的解释是：当悬浮 液处于静态时，体系中由固体粒子构成的空隙最小，流体只 能勉强充满这些空间。当剪切速率较小时，流体就可以在移 动的固体粒子间充当润滑剂，因此，表观粘度不高。但当剪 切速率逐渐增高时，固体粒子的紧密堆砌就被破坏，整个体 系就显得有些膨胀。此时流体不再能充满所有的空隙，润滑 作用因而受到限制，表观粘度就随着剪切速率的增长而增大
P
V0
A0
V0 - V
剪切：材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在 一条直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的 正切值定义为剪切应变（）。
A0
F
剪切位移 剪切角 d

S
A0
F
剪切应变
S tan d
剪切应力s
s
F A0
高分子熔体或浓溶液在挤出机、注射机管 道中、喷丝板孔道中、等截面管道及毛细 管中的流动大多属于剪切流动。剪切流动 的速度梯度方向与流动方向垂直。
F
拉伸：材料受到一对垂直于材料截面、 大小相等、方向相反并在同一直线上的 外力作用。
A0
F
拉伸应力在成型中也较重要，例如吹塑中型坯的引伸，吹 塑薄膜时泡管的膨胀，塑料熔体在锥形流道内的流动以及 单丝的生产。拉伸流动的速度梯度方向与流动方向平行。 压缩：材料受到均匀的围压力，一般不是很重要，可以忽略
第7章 高聚物熔体的流变性
当温度高于聚合物的Tf时，聚合物变为可流动的粘流态。 几乎所有高聚物的加工成型都是利用其粘流态下的流动性 进行的（塑料、橡胶、纤维）。 不存在粘流态的情况：（1）Td < Tf 的聚合物，如PAN、 PTIF；（2）交联度很大（体型）或分子链刚性过强的聚 合物，如聚乙炔、联苯 当高聚物熔体和溶液（简称流体）在受外力作用时，既表 现粘性流动（不可逆形变），又表现出弹性形变（可逆形 变），因此称为高聚物流体的流变性或流变行为。