1、9 Polymer Rheology 聚合物的流变性聚合物的流变性Polymer Physics高分子物理流变学 是研究材料流动和变形规律的一门科学，可将物质结构与性能联系起来广泛应用于各种工业材料，如橡胶、塑料、金属等各种地质材料，如岩石、土、石油、 矿物等Rheology 流变学u 1869，麦克斯韦发现，材料可以是弹性的，又可以是粘性的u 经过长期探索，人们发现，一切材料都具有时间效应u 1920， Lehigh University教授 Eugene Bingham正式提出 RHEOLOGY，来源于希腊哲学家赫拉克利特(Herraclitus)的经典名言 “Panta Rhei万物皆流
2、 everything flows” u 1929，美国首先成立流变学学会，流变学逐渐形成独立学科u 1939，荷兰皇家科学院成立了以伯格斯教授为首的流变学小组u 1940，英国出现流变学家学会u 1948，国际流变学会议在荷兰举行。荷兰的工作处于领先地位u 1985，中国流变学专业委员会 Chinese Society of Rheology成立，是中国化学会和中国力学学会下设的一级专业委员会u 流变学研究力引起的变形，有实验与理论模拟两个途径。试验方面采用毛细管流变仪等多种流变仪，测量在不同剪切应力作用下流体粘度、流速等的变化，得出物质模量、分子量等重要性质聚合物的流动，不是高分子链之间的
3、简单滑移，而是运 动单元依次跃迁的结果 (蛇形 )聚合物的流变行为强烈依赖于分子结构、分子量及其分布、外界条件 (温度、压力、时间、作用力的性质和大小 )等Rheology 流变学流变性流动变形粘性，不可逆过程，耗散能量弹性，可逆过程，储存能量非线性粘弹性绝大数高分子的成型加工，如挤出，注射，吹塑等，是在 粘流态 下进行的弹性形变及其后的松驰影响制品的外观、尺寸稳定性To cause a polymer to deform or flow need a force(a) if the force is withdrawn quickly polymer will rebound回弹 (a re
4、laxation process)(b) if the force is applied consistently polymer will flow irreversibly the flowing polymer liquid will be very viscous due to chain entanglement and frictional effects amorphous polymers are viscoelastic materials combination of elasticity and viscous flow Rheology 流变学Concept of Rh
5、eology 流变的概念Rheology流变流变Deformation形变形变Flow流动流动l 牛顿流体与非牛顿流体l 聚合物熔体的切粘度l 聚合物熔体的弹性表现Polymer chain segments are stretched by the force, this is the elastic element of the motionHeat isgeneratedAs the Polymer chain segments are stretched, there is friction between these chain segments this is the viscou
6、s damping elementWhen the force is removed, the chains return to the original state during this motion, there is also frictionConcept of Rheology 流变的概念9.1 Melt Flow液体流动液体流动 Shear Flow and Viscosity 剪切流动与粘度Shear rate Shear stressShear strain: Melt viscosity vv+dv FFdxdyANewtons law 剪切应力剪切应变切变速率1Pa s
7、= 10 poise (泊 )牛顿流动定律液体内部反抗流动的内摩擦力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Types of Melt Flow液体流动的类型类型 Newtonian牛顿流体Non-Newtonian 非牛顿流体Bingham宾汉Pseudoplastic假塑性Dilatant胀塑性Thixotropic触变性曲线公式 n 1实例 小分子 沥青高分子浓溶液 高分子熔体颗粒填充高分子熔体PVC糊胶冻Shear rateShear stressShear rateShear stressShear rateShear stressShear rateShear stressTimeViscosity触变性流凝性切力变稀屈服应力 切力变稠critical shear stressProbably caused by some special type of structural arrangement, arising from conformational and secondary bonding forces模型 方程牛顿流体宾汉塑性流体幂律定律有屈服应力的幂律定律卡森流体威廉森流体克罗斯流体Types of Melt Flow液体流动的类型
