文档介绍：第5章 聚合物的转变与松弛
聚合物的粘性流动
Viscous flow (Rheology)
聚合物的粘性流动 ----聚合物流变学基础
当高聚物熔体和溶液(简称流体)在受外力作用时,既表现粘性流动,又表现出弹性形变,因此称为高聚物流体的流变性或流变行为
流变学是研究物质流动和变形的一门科学,涉及自然界各种流动和变形过程。
高聚物流变学( rheology of polymers ) 研究的主要对象包括高聚物固体和流体,本节主要以后者为对象,着得讨论聚合物熔体的流动行为,介绍聚合物流变学的基本观点和结论。
聚合物粘性流动的特点
(1) 高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的。(所以粘度大, 流动性差)
高分子的流动不是简单的整个分子的迁移,而是通过链段的相继跃迁来实现的。形象地说,这种链段类似于蚯蚓的蠕动。这种链段模型并不需要在聚合物熔体中产生整个分子链那样大小的孔穴,而只要如链段大小的孔穴就可以了。
(2) 高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
对于牛顿流体,粘度不随剪切速率和剪切应力的大小而改变。
切应力
切应变
各种流体的性质
t
N
P
D
tc
B
N: 牛顿流体
P: 假塑性流体
D: 膨胀性流体
B: 宾汉流体
h
t
N
P
D
B
(3) 高分子流动时伴有弹性形变
高分子的流动并不是高分子链之间简单滑移的结果, 而是各个链段协同运动的总结果.
在外力作用下, 高分子链(链段)不可避免地要在外力作用的方向有所伸展(取向), 当外力撤除后, 高分子链又会卷曲(解取向), 因而整个形变要回复一部分, 表现出高弹形变的特性
高聚物流体
弹性:分子链构象不断变化
粘性:流动中分子链相对移动
——非牛顿流体
非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示
K, n = const.
n = 1, 牛顿流体
n与1相差越大, 偏离牛顿流体的程度越强
n > 1, 膨胀性流体
n < 1, 假塑性流体
影响粘流温度的因素
分子结构的影响
分子链越柔顺,粘流温度越低;
分子链的极性越大,粘流温度越高。
分子量的影响
分子量越大,分子运动时受到的内摩擦阻力越大;
分子量越大,分子间的缠结越厉害,各个链段难以向同一方向运动,因此,粘流温度越高。
外力的影响
外力的大小与作用时间
聚合物分子量与粘流温度的关系
非晶聚合物成型加工温度范围:Tf ~ Td (分解温度)
如果聚合物的粘流温度太高,会造成成型加工困难,甚至会使聚合物在加工过程中热分解,因此,聚合物的分子量不宜太高,只要满足其机械强度即可。
形变
温度
M1
M2
M3
M4
M1 < M2 < M3 < M4
聚合物流动性的表征
在成型过程中,聚合物熔体在挤出机、注射机或喷丝板等的管道中的流动都属于剪切流动(速度梯度的方向与流动方向垂直)因此,在大多情况下,可以用剪切粘度来表示聚合物熔体流动性的好坏。
工业上常用熔融指数来表示聚合物熔体流动性的大小.