高分子物理知识重点(第九章)

第九章 聚合物的流变性

1．牛顿流体：

①．牛顿流体:流动行为符合牛顿流动定律的流体称为牛顿流体 A.牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。

B.粘度η：反映液体流动阻力，单位Pa·S

C.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。

②．粘度η:是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力,

与分子间的缠绕程度和分子间的相互作用有关，

单位: N·m/S2, Pa·s

2．非牛顿流体: 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。

3．图—各种类型的流体

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σy,流体不动,当≥σ σy 时,才产生牛顿流动.例如:牙膏,涂料和泥浆

. （2）假塑性流体:

const ==.γτη切变速率粘度切应力------=??

γητγητ.?=-γησσy

粘度随着剪切速率的增加而变小,切力变稀(流动性变好)—:例如大多数的聚合物熔体.

（3）膨胀性流体:

随着剪切速率的增加,粘度变大,切力变稠.

例如:胶乳、泥沙等.

流凝体:

维持恒定的切变速率,粘度随着时间的增加而增大的流体。某种结构的形成，饱和聚酯等

触变体:

维持恒定的切变速率,粘度随着时间的增加而减小的流体。内部物理结构的破坏； 胶冻、油漆等。

4．表观粘度（ ηa ）:

①定义:在流动曲线上取一点,其切应力 σ 与切变速度为 ? 之比值。

5．公式：

该公式称幂律方程。式中K 和 n 为材料参数，

材料的流动指数或非牛顿指数，等于在

双对数坐标图中曲线的斜率。K 是与温度有关的稠度系数。

此公式说明表观粘度与形变速率有关

6．零切粘度>表观粘度>无穷切粘度（极限粘度）

7．熔体指数：（MI ）:工业上采用的方法

塑料的熔体指数是在标准化的熔体指数仪中测定的。首先将聚合物加热到一定温度，使之完全熔融。然后加上一定的负荷(2160g)作用，使之从标准毛细管中流出。单位时间10min 流出聚合物的质量(克数)即为该聚合物的熔体指数（MI ）。

对同种聚合物，在相同的条件下，MI 越大，流动性越好

8．门尼粘度

在一定温度下（通常100?C ）和一定的转子速度下，测定未硫化的橡胶对转子转动的阻力。通常表示为MI 1003+4即试

样100?C 下预热3min 转动4min 的测定值。

门尼粘度值越小，生胶流动性越好。

9．影响聚合物熔体粘度的因素

①．加工条件： A.温度 B.剪切速率 C.剪切应力 D.压力

②．结构因素: A.分子量 B.分子量分布 C.支化 D.熔体结构

(1) 粘度的分子量依赖性

分子量M 大, 分子链越长, 链段数越多, 要这么多的链段协同起来朝一个方向运动相对来说要难些。此外, 分子链越长, 分子间发生缠结作用的几率大, 从而流动阻力增大, 粘度增加。

A ．M < Mc

B ．M > Mc (2) 加工条件的影响 阿累尼乌斯方程:当T >Tg+100时： ?E η - 粘流活化能

高分子流动时的运动单元: 链段(的协同运动)

?E η 由链段的运动能力决定, 与分子链的柔顺性有关, 而与分子量无关!!

10．温敏性材料

一般分子链越刚硬或分子间作用力越大，则流动活化能越高，这类聚合物是温敏性的。

→ 刚性链 → ?E η大 → 粘度对温度敏感 → 温敏材料

11．聚合物熔体的弹性效应

①．弹性效应的表现： A.韦森堡效应，包轴现象 B.挤出胀大 C.不稳定流动 n K γτ ?=1-?==n a K γγτη ????+=↑↑>↑=↓↑<γτηγηγηγnlog log log ,,,1n ,,,1n ,,1n K ，胀流体牛顿流体不变假塑性流体γτ ln ln d d n =γσ ln ln -η1~1.60w

=KM η3~3.40w

=KM /E RT a Ae

ηη?=/E RT a Ae η

η?=1 . - = n a K γ η

A.韦森堡效应，包轴现象，爬杆效应:

当轴在液体中旋转时，离轴越近的地方剪切速率越大，故法向应力越大，相应地，高分子链的弹性回复力越大，从而使熔体沿轴向上挤，形成包轴现象。

B.挤出胀大（巴拉斯效应）

①．模孔入口处流线收敛，在流动方向产生速度梯度，因而高分子熔体在拉力下产生拉伸弹性形变，当口模

较短时，这部分形变来不及完全松弛掉，出口模时要回复

②．熔体在口模中流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后也要回复

12．为了确保制品尺寸的精确性和稳定性，在模具设计时，必须考虑模孔尺寸与胀大比之间的关系，通常模孔尺寸应比制品尺寸小一些，才能得到预定尺寸的产品。