第二章_聚合物的流变性质

聚合物流变试验及应用聚合物流变试验是指通过外力作用下测量材料的流动性和变形性质的实验方法。

它主要应用于测定聚合物材料在不同温度、压力和剪切速率条件下的流变特性，为材料的设计和加工提供重要的参考依据。

聚合物材料的流变特性与材料的结构、分子量分布、共聚能力等因素密切相关。

聚合物在受力作用下会发生流变行为，包括剪切变形、蠕变和弹性回复等。

聚合物流变试验能够定量地反映出材料的流变性质，包括黏度、剪切应力、弹性模量等。

常见的聚合物流变试验有旋转粘度法、挤出流变法、动态力学分析法等。

旋转粘度法是通过旋转流变仪来测量材料的粘度，能够得到材料在不同剪切速率下的流变曲线。

挤出流变法是将材料通过模具挤出，通过测量挤出压力来反映材料的流变性质。

动态力学分析法是利用动态力学分析仪，通过对材料施加振动或周期性应变来测量其弹性模量、剪切模量等参数。

聚合物流变试验在聚合物材料的研究与应用中具有重要作用。

首先，它可以帮助研究者了解聚合物材料的流变性质，为聚合物材料的设计和合成提供依据。

其次，聚合物流变试验可以评估聚合物材料的加工性能，包括熔融加工和成型加工等。

通过对材料的流变特性进行测定，可以确定最佳的加工工艺参数，以提高材料的加工效率和产品质量。

此外，聚合物流变试验还可以判断聚合物材料的稳定性和变形行为，为聚合物材料的应用提供参考。

在聚合物材料的应用中，聚合物流变试验可以用于评估材料的性能和使用寿命。

通过测量材料的流变特性，可以了解其在不同应力条件下的变形行为，以预测材料在实际应用中的稳定性和可靠性。

此外，聚合物流变试验还可以用于研究聚合物材料的改性和加工过程中的变形行为。

通过对材料的流变特性进行研究，可以改进材料的性能，并提高材料的加工性能和机械性能。

综上所述，聚合物流变试验是研究聚合物材料流变性质的重要手段。

通过测定和分析材料的流变特性，可以评价和改善材料的加工性能和使用性能，为聚合物材料的设计和应用提供科学依据。

在未来的研究和应用中，聚合物流变试验将继续发挥重要作用，促进聚合物材料领域的发展与进步。

第9章聚合物的流变性流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。

聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的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、作用力的性质和大小等外界条件的影响。

9.1牛顿流体与非牛顿流体9.1.1非牛顿流体描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。

凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。

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。

式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)；——剪切速率，单位：s-1；——剪切粘度，单位：牛顿•秒/米2(N•s/㎡)，即帕斯卡•秒(Pa•s)。

非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。

包括：１、假塑性流体(切力变稀体)η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体２、膨胀性流体(切力变稠体)η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。

３、宾汉流体。

τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。

按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为：（1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。

（2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。

牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述：式中：K为稠度系数n：流动指数或非牛顿指数n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。

定义表观粘度9.2聚合物的粘性流动9.2.1聚合物流动曲线聚合物的流动曲线可分为三个主要区域：图9-1 聚合物流动曲线１、第一牛顿区低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。

该区的粘度通常称为零切粘度，即的粘度。

２、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。

通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。

３、第二牛顿区在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。

聚合物在成型过程中发生的物理变化主要是在聚合物材料的制造过程中，成型是一个至关重要的步骤。

在这个阶段，聚合物会经历一系列的物理变化，这些变化将直接影响最终产品的性能和质量。

让我们深入探讨一下聚合物在成型过程中所发生的主要物理变化。

首先，成型过程中的一个关键变化是聚合物的流变性。

流变性是指聚合物在受力作用下的变形特性，主要包括拉伸、挤出、注塑等。

在这些加工过程中，聚合物分子链会受力而产生流动，从而改变材料的形状和结构。

通过调控流变性，可以实现对产品性能的精确控制，如提高强度、改善耐热性等。

其次，成型过程中的温度变化也会显著影响聚合物的性质。

聚合物材料通常需要在一定的温度范围内进行加工，高温可以促进聚合物分子链的流动从而提高成型性能，而低温则可能导致聚合物固化过快或不充分。

通过控制温度的变化，可以实现对聚合物结晶度、硬度等物理性质的调节。

此外，在成型过程中还会发生聚合物的压缩与拉伸等物理变化。

在注塑、挤出等成型方法中，聚合物会受到机械力的作用而发生变形，从而形成不同的结构和形状。

这些变化直接影响着聚合物制品的力学性能和外观质量，因此在成型过程中需要精确控制压力、速度等参数。

最后，在成型过程中，聚合物还会发生凝固和固化等物理变化。

通过在一定温度下冷却或加热聚合物材料，可以实现对其分子结构的固化，从而形成最终的产品形态。

这种凝固和固化过程直接决定着聚合物制品的稳定性和耐久性，因此在制造过程中需要考虑材料凝固速度、固化温度等因素。

综上所述，聚合物在成型过程中发生的物理变化是多方面的，包括流变性、温度变化、压缩与拉伸、凝固和固化等方面。

这些变化相互作用，共同影响着最终产品的质量和性能。

了解并控制这些物理变化，可以有效提高聚合物制品的生产效率和品质，推动聚合物材料在各个领域的应用。

1。

6流变学方法在聚合物研究中的应用6.1 测量分子量及其分布的流变学方法分子量(MW)和分子量分布(MWD)在确定聚合物的物理性质时起了很重要的作用，因此得到聚合物的分子量和分子量分布对聚合物工业是必不可少的。

如果已知某种可测量的物理性质对分子量的依赖性，原则上就可以通过测量这种物理性质来确定分子量。

而且对分子量的依赖性越强，确定分子量的敏感度就越高。

通常所采用的确定聚合物分子量及其分布的方法有凝胶渗透色谱法(GPC)、光散射和本征粘度法等。

表6-1列出了几种常用方法对分子量的依赖性及敏感度(Mead 1994)。

虽然这些方法(如GPC)得到了广泛的应用，但是实验中样品的准备时间和测试时间使它们不适用于在线过程控制，而且要求所测试的聚合物能在室温下很容易地溶解于溶剂中，但是许多工业上大量应用的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和含氟聚合物(聚四氟乙烯)等，在室温下可能只能部分地溶解于普通的溶剂。

有时即使传统的方法可行，这些方法的灵敏度和精度都不高，特别是对于分子量分布有高分子量尾部的样品，而高分子量尾部对聚合物加工性能的表征有很大影响。

鉴于传统方法的不足，又由于聚合物的分子量及其分布与聚合物的粘弹性质有密切的关系，因此就有了利用聚合物粘弹性质来确定分子量分布的流变学方法。

与传统的方法相比，流变学方法可以作到快速测量，而且不需要溶剂来溶解聚合物，因而从理论上将对任何聚合物都适用。

流变学方法的另一个优点就是对高分子量尾部的灵敏度高。

表6-1 用分子量区别线性柔性聚合物的各种方法的分子量标度方法 对分子量的依赖性关系对分子量的敏感度关系其它GPC M1/2 M-1/2 排除体积对高分子量部分不敏感本征粘度 M0.6 M-0.4 流体体积法对高分子量部分不敏感光散射 M1M0 对高分子量部分敏感渗透压 M-1 M-2 对低分子量聚合物的数均分子量较准 零剪切粘度 M3.4 M2.4 适用于具有类似分布形状的体系可回复柔量 (M z/M w)~3.5 … 反映了分子量分布的分散性 对分子量绝对值不敏感分子量对聚合物粘度的影响取决于分子量的大小：当分子量小于缠结分子量eM时，零剪切粘度与分子量是一次方关系；当分子量大于缠结分子量时，零剪切粘度与分子量呈3.4次方关系。

纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究随着纺织工业的发展，聚合物纤维材料在纤维制备中扮演着越来越重要的角色。

理解纺丝过程中聚合物溶液的流变性质对于优化纤维制备工艺、提高纺织品品质具有重要意义。

本文将探讨纺丝过程中聚合物溶液流变性质的研究现状和相关应用。

一、纺丝流变性质的背景和重要性纺丝流变性质是指在纺织纤维制备过程中，聚合物溶液在外界剪切力下的流动行为和性质。

纺丝过程中，聚合物溶液需要通过纺丝模板形成纤维，而其流变性质会直接影响纤维的拉伸性能、微观结构和性质。

因此，研究纺丝流变性质对于优化纤维制备工艺、改善纤维品质具有重要意义。

二、纺丝流变性质的研究方法1. 流变仪法流变仪是一种常用的测试纺丝流变性质的工具。

这种仪器可以通过施加旋转、振荡或剪切等不同的外力形式，测量纺织纤维材料的应力-应变关系。

通过流变仪测试可以获得纺丝过程中聚合物溶液的粘度、弹性模量、降解动力学等相关参数。

2. 分子动力学模拟近年来，随着计算机技术的进步，分子动力学模拟成为纺丝流变性质研究的重要方法之一。

通过构建聚合物溶液的分子模型，引入经典力场和水模型进行模拟计算，可以得到溶液混合行为、聚合物链的构形变化和流动行为等信息，从而揭示纺丝过程中的微观机理。

三、纺丝流变性质的影响因素1. 聚合物浓度聚合物溶液浓度是影响纺丝流变性质的关键因素之一。

较高的聚合物浓度可导致溶液的粘度增加，阻力增加，从而降低纺丝的速度和效率。

2. 溶液pH值溶液pH值对于聚合物分子的电荷状态和溶解度有显著影响。

合适的溶液pH 值能够增强聚合物链的间聚力和聚合物与模板的相互作用，改善纺丝效果。

3. 纺丝温度纺丝温度对聚合物溶液的流变性质有重要影响。

较高的温度可以降低溶液的粘度，提高纺丝速度和纤维品质。

四、纺丝流变性质的应用1. 纺织品设计和制造理解纺丝流变性质对于纺织品设计和制造具有重要意义。

通过研究纺丝过程中聚合物溶液的流变行为，可以优化纺丝工艺参数，提高纤维品质和产品性能。

聚合物流变学的研究近年来，随着聚合物材料的广泛应用，对聚合物流变学的研究也越来越受到科研工作者的关注。

聚合物流变学是研究聚合物在外力作用下的变形和流动行为，是材料学、化学、物理等多学科交叉的领域。

本文将从聚合物流变学的背景、研究现状、应用前景等方面进行探讨。

一、背景聚合物是一种由单体经过化学反应合成而成的高分子化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、纤维、涂料、胶水、胶囊、织物、橡胶等，是生产生活中不可缺少的物质。

在这些领域中，聚合物的流变性质对其性能具有非常重要的影响。

因此，聚合物流变学的研究成为了解和控制聚合物流动和变形行为的重要途径。

二、研究现状（一）聚合物流变性质的研究方法聚合物流变学的研究方法主要是基于拉伸、剪切、转动、振动等各种力学变形形式进行的，根据变形形式可以分为静态流变学和动态流变学两种。

静态流变学研究聚合物在稳态下的变形和流动行为，主要研究聚合物的弹性模量、流变模量、粘度等；动态流变学研究聚合物在非稳态下的变形和流动行为，主要研究聚合物在各种力学变形形式下的复杂流动行为和动态力学响应。

（二）聚合物流变性质的机理研究聚合物流变学的机理研究是揭示聚合物流动和变形行为背后的物理和化学机制的重要途径。

常见的聚合物流变行为机理包括剪切破坏、链滑移、局部流动、多峰分布、错位和晶化等。

剪切破坏是聚合物在高剪切速率下发生内部断裂和破坏；链滑移是聚合物链之间发生滑动而引起聚合物流动；局部流动是聚合物在模量变化较小的情况下发生流动；多峰分布指聚合物分子量分布呈现多个峰；错位是聚合物链之间发生侧向错位导致聚合物形变；晶化是指聚合物分子在变形过程中发生晶体形态变化。

（三）应用前景聚合物流变学的研究对聚合物材料的品质控制、工艺改进以及新型材料开发等方面具有重要的意义。

特别是在制造业、医疗、环境保护、新能源等领域中，聚合物流变学研究的应用前景更为广泛。

例如，聚合物材料在制造业中的应用，需要对其流变性能进行深入的认识，以提高其产品质量和制造效率；在医疗领域，聚合物流变学可以帮助研发新型医用材料，具有巨大的市场潜力；在环境保护领域，聚合物涂料的应用需要对其流变性能进行研究，以提高其对环境的适应能力；在新能源领域，聚合物电解质在太阳能、燃料电池等领域的应用需要对其流变性能进行深入研究。

自制弹力球的实验原理引言：弹力球是一种经典的玩具，具有弹性和可塑性的特点，可以在手中揉捏、拉伸和弹跳。

那么，如何制作一个自制的弹力球呢？本文将介绍制作弹力球的实验原理和步骤。

一、实验原理：弹力球的制作原理主要涉及两个方面：聚合物的交联和聚合物的流变性质。

1. 聚合物的交联：聚合物是由许多单体分子通过化学反应连接而成的大分子化合物。

弹力球中常用的聚合物是胶水和硼砂水溶液。

当胶水和硼砂水溶液混合后，胶水中的聚合物分子和硼砂水溶液中的硼砂分子会发生交联反应，形成三维网络结构。

这种交联结构使得聚合物变得柔软而有弹性。

2. 聚合物的流变性质：聚合物的流变性质是指聚合物在外力作用下的变形和流动性。

弹力球中的聚合物具有流变性质，即在受力时能够发生变形，并在去除外力后恢复原状。

这是由于聚合物分子链的可伸缩性和交联结构的弹性所致。

二、实验步骤：制作自制弹力球的实验步骤如下：1. 准备材料：- 胶水：聚合物的主要成分，可以选择透明或有颜色的胶水。

- 硼砂水溶液：用于与胶水发生交联反应的溶液，可通过将硼砂溶解在水中制备。

- 食用色素（可选）：用于给弹力球上色，增加趣味性。

2. 混合胶水和硼砂水溶液：将适量的胶水和硼砂水溶液倒入一个容器中，并用棒搅拌均匀。

可以根据需要调整胶水和硼砂水溶液的比例，以控制弹力球的硬度和弹性。

3. 添加食用色素（可选）：如果想要给弹力球上色，可以在混合胶水和硼砂水溶液时添加适量的食用色素。

注意，添加色素后要再次充分搅拌均匀，以确保颜色均匀分布在整个弹力球中。

4. 进行交联反应：将混合好的胶水和硼砂水溶液放置静置一段时间，让聚合物分子和硼砂分子发生交联反应。

此时，液体会逐渐变得黏稠，形成一种凝胶状的物质。

5. 取出凝胶状物质：当凝胶状物质完全形成后，可以用手将其取出，并进行揉捏、拉伸等形状塑造。

此时的物质就是我们制作的自制弹力球。

三、实验注意事项：在制作自制弹力球的过程中，需要注意以下几点：1. 使用胶水和硼砂水溶液时要注意安全，避免接触或吞食。

1 聚合物流变学复习题参考答案一、名词解释（任选 5 小题，每小题 2 分，共 10 分）：1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。

应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。

或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象.2.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。

2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。

3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。

挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增大膨胀的现象。

4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。

5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。

牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。

6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。

膨胀性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。

7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。

8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。

10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。