1、* *流变学基础及应用讨论扬子石化研究院 塑料中心 柯卓* *流变学的研究内容流变学 （ Rheology）： 研究物质流动及形变的科学流体（流动行为）Newton定律固体（变形行为）Hooke定律粘弹性流体（流动行为）Maxwell定律粘弹性固体（变形行为）Kelvin/Voigt定律流动 /粘度曲线 蠕变实验，弛豫实验，振荡实验稳态流变学 动态流变学弹性（ elastic）粘性（ viscous）粘弹性（ viscoelastic）* *u高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）高分子材料流变性质与其微观结构 -分子链结构，聚集态结构 -之间的联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质
2、与微观结构参数之间的联系。u高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析，多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。流变学的研究内容* *流变学基础u低分子物质： 分子通过分子间的孔穴相继向某一 方向移动（外力作用方向），形成液体宏观流动现象 （ 牛顿流动）u 纯液体和多数低分子溶液在层流条件下剪切应力与剪切速度成正比，称这牛顿粘度定律，遵循
3、该法则的液体为牛顿流体（ Newtonian fluid）。 粘度与剪切速度无关。u高分子的流动 ： 不是简单的整条分子链的跃迁， 是通过链段的相继跃迁来实现，即通过链段的逐步位移完成整条大分子链的位移形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动 （ 非牛顿流动）u 大多数液体如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，称之为非牛顿流体，此各物质的流动现象称为非牛顿流动。根据流动曲线的类型把非牛顿流动分为 假塑性流动和胀性流动等 。* *流变学基础聚合物粘性流动时的形变高弹形变 : 由链段运动产生的不可逆形变 : 整条大分子链质心移动产生的。除去外力不能回复。F
4、 高分子的流动不是简单的整个分子的迁移 ,而是各个链段分段运动的总结果 ,在外力作用下 ,高分子链不可避免的要顺外力的方向有所伸展 ,即高聚物进行粘性流动的同时伴随着一定量的高弹形变 ,外力消失后高分子链又要蜷曲 ,形变要恢复一部分 .链的柔顺性 : 好 ,则回复快温度 : 越高 ,则回复越快聚合物的流动伴有高弹形变高弹形变的回复过程也是一个松弛过程* *流变学基础分子量超过 MC后 ,链间可能因为缠结或者范德华力作用形成链间物理交联点 ,并在分子热运动的作用下 ,处在不断解体与重建的动态平衡中结果使整个熔体具有瞬变的交联空间网状结构 .称为 拟网状结构 .1.在足够小的切变速率下 ,大分子处
5、于高度缠结的拟网状结构 ,流动阻力很大,此时缠结结构的破坏速度等于生成速度 ,故粘度保持恒定最高值 ,表现为牛顿流体的流动行为 ;2.当切变速率变大时 ,大分子在剪切作用下由于构象的变化而解缠结并沿流动方向取向 ,此时缠结结构破坏速度大于生成速度 ,故粘度逐渐变小 ,表现出假塑性流体的行为 ;3.当达到强剪切速率时 ,大分子的缠结结构完全被破坏 ,并完全取向 ,此时的流动粘度最小 ,体系粘度达到最小值 .表现出牛顿流体的行为 .* *flow curves viscosity curves yield point1 idealviscous (Newtonian)（牛顿流体）2 shear-t
6、hinning (pseudoplastic)（非牛顿流体：剪切稀释型）3 shear-thickening (dilatant)（非牛顿流体：膨胀型）4 without yield point（非牛顿流体：假塑性，不具有屈服值）5 with yield point（非牛顿流体：塑性，具有屈服值）流变学基础* *Log G, tandGtand温度频率低高高低运动小分子 运动软链段 缠结分子 运动自由链段 运动硬链段流变学基础基本流动曲线分布* *粘度 :（不是一个数据点，而是一条和剪切速率有关的曲线） 粘度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
7、 : Pas流变学基础1剪切粘度（ a）又称表观粘度举例：熔体或者高分子浓溶液在挤出机 ,注射机管道中或者喷丝板孔道中 .定义：在流动曲线上取一点 ,其切应力 与切变速度为 之比值， 表观粘度并不完全反映高分子不可逆形变的难易程度 .表征流动性的好坏 ,越大 ,流动性越差 ,越小越好 .毛细管粘度计 :10-1a107PaS旋转粘度计 : 10-3a1011PaS落球粘度计 : 10-5 a104PaS外在条件（ T,P,）高分子结构 (M,分布，支化) Pas 1/sPa =测试方法 影响流动性 a的因素* *流变学基础2拉伸粘度（ t） :3定义与剪切过程中的粘度相似。只是其速度梯度在形变的方向与剪切粘度不同。 速度梯度方向平行于流动方向 ,例如 :吹塑成型中离开模口后的流动 ,纺丝中离开喷丝口后的牵伸 .B： t 与 无关 :聚合度低的线性高物 :POM、 PA-66A： t 随 而 ,支化聚合物 。 如支化 PEC： t 随 而 ,高聚合度 PP拉伸流动中会发生链缠结 , 拉伸粘度降低 , 同时链伸展并沿流动方向取向 ,分子间相互作用增加 ,流动阻力增加 ,伸展粘度变大 .拉伸粘度取决于这两个因素哪一个占优势 .CAatBloglog
