高聚物流变学

方显力

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 流变学概念
    • 1.2 聚合物流变学研究的内容
    • 1.3 聚合物流变行为的特性
  • 2 流变学的基本概念
    • 2.1 应变和应力
    • 2.2 应力张量
    • 2.3 应变张量
  • 3 线性弹性
    • 3.1 虎克定律与弹性常数
    • 3.2 线性弹性变形的特点
    • 3.3 聚合物的弹性模量
    • 3.4 线弹性的适用范围
  • 4 线性粘性流动
    • 4.1 稳定的简单剪切流动和牛顿定律
    • 4.2 线性粘性变形的特点
    • 4.3 流动方式(测粘流动 Viscometric flow )
  • 5 非线性弹性——橡胶弹性
    • 5.1 橡胶弹性的特点
    • 5.2 橡胶弹性的唯象理论
  • 6 非线性粘性(非牛顿流体)
    • 6.1 聚合物熔体流动特性
    • 6.2 非牛顿流体的稳态剪切流动
    • 6.3 Weissenberg-Rabinowitch校正
    • 6.4 非牛顿流体的流动曲线
    • 6.5 聚合物熔体的流动曲线
  • 7 线性粘弹性
    • 7.1 线性粘弹性的基本概念
    • 7.2 线性粘弹性的定义Boltzmann加和原理
    • 7.3 聚合物的蠕变柔量
    • 7.4 蠕变和回复实验
    • 7.5 松弛模量
    • 7.6 恒定应力速度和恒定应变速度实验
    • 7.7 动态力学性能
  • 8 考前复习
    • 8.1 复习视频
聚合物熔体的流动曲线

6.5.1温度对聚合物熔体粘度的影响

粘度的温度依赖性,提出了Vogel、Doolittle、WLF方程,它们在一定条件下可描述聚合物熔体的温度依赖性 ,对于低分子物质Arrhenius方程




             低密度聚乙烯在不同温度时流动曲线

(2)粘流活化能(粘度的温度依赖性)


S或剪切速率一定时的粘流活化能



    S或剪切速率一定时的粘流活化能


6.5.2 分子量大小对聚合物熔体粘度的影响


 表示分子量对非牛顿流体粘度的影响可以用两种方法。一是不同分子量的试样的流动曲线,另一个是不同剪切速度时hM 的关系图

 不同分子量的PDMS的流动曲线



非牛顿流体粘度的分子量依赖性



6.5.3 聚合物熔体的拉伸粘度

 流体的流动除剪切流动外,还可发生拉伸流动。拉伸流动在聚合物的某些加工工艺,如纤维的拉丝和双向拉伸薄膜成型等中十分重要

 流体发生拉伸流动时的粘度与切变流动一样进行定义,称之为拉伸粘度。与剪切流动不同,拉伸流动中流速的变化方向与流速方向相同,而在剪切流中流速的变化方向则与流速垂直。拉伸应变速率或拉伸速度梯度为:


拉伸粘度可以定义为


更确切地说应称为单轴拉伸粘度,又称特鲁顿粘度

可以证明:

而对x-y平面的双轴均匀拉伸,即


则有


6.5.4 聚合物熔体粘度与其加工

        聚合物熔体的剪切速率依赖性很大,例如PMMA的熔体在6个数量级的剪切速率变化时其粘度可下降三个数量级。再加上其粘度的温度依赖性,聚合物熔体在加工过程中其粘度的变化范围很大


在文献中通常认为聚合物的几种主要加工方法中的剪切速率范围为:

模压成型            1100s-1

压延成型            10100 s-1

挤出成型(口模处)     ~1000 s-1

注塑成型(喷口处)     ~10000 s-1