高分子材料加工流变学
138页1、第一章 高分子材料加工流变学概论,第一节 高分子流体的 剪切流动,基本概念,流变学:研究材料流动和形变的科学,是流体力 学与固体力学的有机结合, 其重点是研 究稳态流动随时间变化的形变过程。 高分子材料加工过程特点 1.加热熔融、受力流动变形、冷却定型 2.熔体或溶液流动过程中的黏性和弹性,第一节 高分子流体的剪切流动,层流模型,第一节 高分子流体的剪切流动,层流模型,第一节 高分子流体的剪切流动,层流模型,第一节 高分子流体的剪切流动,几个概念 1.剪应力: =F/S 2.剪切应变(速度梯度): =V/Y 或=dv/dy 3.粘性、 内摩擦力、黏性摩擦力,第一节 高分子流体的剪切流动,流体的种类 区分方法:以对作图,看曲线的形状 牛顿流体 非牛顿流体 和时间无关的流体:假塑性流体;胀塑性流体; 宾汉流体 和时间有关的流体:触变性流体;流凝性流体,牛顿流体,特点 如右图所示,剪切应力对剪切应变作图为通过原点的直线。 定量关系 F=S V/Y F/S= V/Y = :黏滞系数或动力黏度,简称为黏度,牛顿流体,关于黏度的讨论 1)物理意义:促使流体产生单位速度梯度的剪切力 2)黏度的影响因
2、素 流体本身的性质:如流体的结构、组成等 温度:温度上升导致黏度下降 压力:压力增加导致黏度增加,牛顿流体,牛顿流体举例,四、非牛顿液体的流动,根据流体的流变方程式或流变曲线图,可将非牛顿型流体分类,(一)与时间无关的流体,对关系曲线或是通过原点的曲线,或是不通过原点的直线 对与时间无关的黏性流体来说,黏度一词便失去意义。但是,这些关系曲线在任一特定点上也有一定的斜率,故与时间无关的黏性流体在指定的剪切速率下,有一个相应的表观黏度a值,即,(1)假塑性流体,特点: 流体的表观黏度随剪切速率的增大而减小,剪切应力对剪切应变作图为向下弯曲的曲线,如图所示,假塑性流体,(1)假塑性流体,数学描述1-指数定律(幂律定律),剪切应力,非牛顿指数,偏移牛顿流体的程度,n1,剪切应变,流体稠度,(1)假塑性流体,数学描述2-指数定律(幂律定律),(1)假塑性流体,假塑性流体的粘度,牛顿流体流动方程,(1)假塑性流体,假塑性流体的流变行为的分子机理 熔体 1.缠结与解缠结 2.解缠结后在流动方向上的取向 溶液 高分子材料浓溶液在剪切流动中,分子线团所包围的小分子被挤出,其直径减小,(1)假塑性流体,假
3、塑性流体举例 高分子溶液或熔融体 油脂 淀粉悬浮液 蛋黄浆 油漆,(1)假塑性流体,应用 塑料加工中,在不增加温度的情况下,适当提高螺杆转塑,可降低高分子熔体的剪切黏度,从而提高熔体的流动性。,(2)涨塑性(膨胀性)流体,特点 流体的表观黏度随剪切速率的增大而增加,剪切应力对剪切应变作图为一向上弯的曲线, 如图中曲线d所示。,剪切应力,剪切应变,(2)涨塑性(膨胀性)流体,涨塑性流体的数学描述-指数定律,(2)涨塑性(膨胀性)流体,涨塑性流体流变行为的解释,(2)涨塑性(膨胀性)流体,涨塑性流体流变行为的解释,(2)涨塑性(膨胀性)流体,涨塑性流体举例 高固含量的悬浮液 胶乳 聚合物熔体-填料体系 油漆-颜料体系,(3)宾汉流体,特点 以剪切应力对剪切应变作图,为不通过原点的直线或曲线,即存在剪切屈服应力。如右图所示。,剪切应力,剪切应变,(3)宾汉流体,数学描述,屈服应力,刚性系数,剪切应力,剪切应变,(3)宾汉流体,宾汉流体流变行为解释 液体在静止时内部有一些结构,当外加应力 超过临界剪切应力y时,这种结构完全崩溃,这时流体开始流动 。,(3)宾汉流体,宾汉流体举例 泥浆 牙膏 油
4、漆 沥青,(二)与时间有关的流体,特点: 在一定剪切速率下,非牛顿型流体表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低或升高的流体,则为与时间有关的黏性流体 。 类型 摇溶性流体 震凝性流体,(1)摇溶性(触变性)流体,特点: 表观黏度随剪切力作用时间的延长而降低 解释: 在持续剪切过程中,有某种结构的破坏,使黏度随时间减少 举例: 高分子化合物溶液、某些流质食品和油漆,(2)流凝性(震凝性)流体,特点: 流体的表观黏度随剪切力作用时间的延长而增加 解释: 剪切过程中伴随着某种结构的形成 举例: 某些溶胶和石膏悬浮液,第二节 高分子材料的拉伸流动,高分子材料流动的方式 1.剪切流动 如高分子材料熔体在加工设备或口模中的流动 2.拉伸流动 如双向拉伸薄膜、纤维、单丝及吹塑薄膜等产 品在生产加工中的拉伸,一、拉伸流动与拉伸黏度,特点: 流体流动的速度梯度方向与流动方向相平行,即产生了纵向的速度梯度场,此时流动速度沿流动方向而改变,一、拉伸流动与拉伸黏度,拉伸流动举例 1.塑料熔体在口模中的收敛流动或发散流动 即:模具流道存 在压缩比,一、拉伸流动与拉伸黏度,拉伸流动举例 2.高分子材料加工中的拉伸
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