8PolymerRheology

1、Polymer PhysicsPolymer PhysicsPolymer Physics高分子物理高分子物理高分子物理高分子物理高分子物理高分子物理Rheology 流變學(xué)流變學(xué)n當(dāng)高聚物熔體和溶液（簡稱流體）在受外當(dāng)高聚物熔體和溶液（簡稱流體）在受外力作用時，既表現(xiàn)粘性流動，又表現(xiàn)出彈力作用時，既表現(xiàn)粘性流動，又表現(xiàn)出彈性形變，因此稱為高聚物流體的流變性或性形變，因此稱為高聚物流體的流變性或流變行為流變行為. .n流變學(xué)是研究物質(zhì)流變學(xué)是研究物質(zhì)流動流動和和變形變形的一門科學(xué)，的一門科學(xué)，涉及自然界各種流動和變形過程。涉及自然界各種流動和變形過程。熱塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔體的熱

2、塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔體的流動性能。這種流動態(tài)也是高聚物溶液的主要流動性能。這種流動態(tài)也是高聚物溶液的主要加工狀態(tài)。加工狀態(tài)。流變學(xué)是研究材料流動和變形規(guī)律的一門科學(xué)流變學(xué)是研究材料流動和變形規(guī)律的一門科學(xué)聚合物的流動，不是高分子鏈之間的簡單滑移，而是運動單元依次躍聚合物的流動，不是高分子鏈之間的簡單滑移，而是運動單元依次躍遷的結(jié)果（蚯蚓蠕動）遷的結(jié)果（蚯蚓蠕動）聚合物聚合物流變行為強烈依賴于分子結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、溫度、壓力、流變行為強烈依賴于分子結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、溫度、壓力、時間、作用力的性質(zhì)和大小等時間、作用力的性質(zhì)和大小等絕大數(shù)高分子成型加工是絕大數(shù)高分子成型加工是粘

3、流態(tài)粘流態(tài)下下加工的，如擠出，注射，吹塑等加工的，如擠出，注射，吹塑等彈性形變及其后的松馳影響制品的外觀，尺寸穩(wěn)定性彈性形變及其后的松馳影響制品的外觀，尺寸穩(wěn)定性Rheology 流變學(xué)流變學(xué)流變性流變性流動流動變形變形粘性，粘性，不可逆過程，耗散能量不可逆過程，耗散能量彈性，彈性，可逆過程，儲存能量可逆過程，儲存能量非線性粘彈性非線性粘彈性Concept of Rheology 流變的概念流變的概念Elasticity彈性彈性Viscocity粘性粘性Deformation形變形變Flow流動流動Shear Flow and Viscosity 剪切流動與粘度剪切流動與粘度Shear rat

4、e Shear stressShear strain : Melt viscosity vv+dvFFdxdyAAFdydvdtddydxNewtons law 剪切應(yīng)力剪切應(yīng)變切變速率1Pa s = 10 poise (泊)牛頓流動定律液體內(nèi)部反抗流動液體內(nèi)部反抗流動的內(nèi)摩擦力的內(nèi)摩擦力牛頓流體的粘度僅與流體分子的結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)，與切應(yīng)力和切變速率無關(guān)Types of Melt Flow液體流動的類型液體流動的類型類型類型Newtonian牛頓流體牛頓流體Non-Newtonian 非牛頓流體非牛頓流體Bingham賓漢賓漢Pseudoplastic假塑性假塑性Dilatant脹塑性脹塑性T

5、hixotropic觸變性觸變性曲線曲線公式公式n 1實例實例小分子小分子瀝青瀝青高分子濃高分子濃溶液溶液高分子熔體高分子熔體顆粒填充高顆粒填充高分子熔體分子熔體PVC糊糊膠凍膠凍Shear rateShear stressShear rateShear stressShear rateShear stressShear rateShear stressTimeViscosity觸變性流凝性ynKnK切力變稀屈服應(yīng)力切力變稠a anK1nK稠度系數(shù)非牛頓指數(shù)流動指數(shù)Pseudoplastic Fluid假塑性流體假塑性流體Shear Thinning Fluid切力變稀體切力變稀體表觀粘度n

6、1Shear rate dependence of shear stress and apparent viscosity of pseudoplastic fluid冪律方程l對牛頓型流體，對牛頓型流體，n n =1 =1l對假塑性流體，對假塑性流體，n n 1 1n 1 n n偏離偏離1 1的程度越大，材料非牛頓性越強的程度越大，材料非牛頓性越強l在不同的剪切速率范圍內(nèi)，同一種材料的在不同的剪切速率范圍內(nèi)，同一種材料的n n值不是常數(shù)值不是常數(shù) 通常剪切速率越大，通常剪切速率越大，n n值越小值越小 l溫度下降、分子量增大、填料量增多等，均使材料非線性溫度下降、分子量增大、填料量增多等，均

7、使材料非線性性質(zhì)增強，使性質(zhì)增強，使n n下降下降l填入軟化劑、增塑劑，則使填入軟化劑、增塑劑，則使n n值增大值增大Power Law冪律方程冪律方程Characteristics and Mechanism 特點和機理特點和機理q 特點特點 粘度大粘度大 多數(shù)屬假塑性流體多數(shù)屬假塑性流體 有彈性效應(yīng)有彈性效應(yīng) 交聯(lián)高分子無粘流態(tài)交聯(lián)高分子無粘流態(tài)Viscosities of some common materialsCompositionViscosity (Pas)ConsistencyAir10-5gaseousWater10-3fluidPolymer latexes10-2flui

8、dOlive oil 橄欖油10-1liquidGlycerin 甘油100liquidGolden Syrup 糖漿102thick liquidPolymer melts102 106toffee likePitch 瀝青109stiffPlastics1012glassyGlass1021rigid太妃糖Flow Mechanism 流動機理流動機理q 小分子液體的流動：分子向小分子液體的流動：分子向 “孔穴孔穴” 相繼躍遷相繼躍遷small moleculeholeReptation 蛇行q 高分子熔體的流動：鏈段向高分子熔體的流動：鏈段向 “孔穴孔穴” 相繼躍遷相繼躍遷Flow cu

9、rve 流動曲線流動曲線q 第一牛頓區(qū)第一牛頓區(qū) 0零切粘度零切粘度q 第二牛頓區(qū)第二牛頓區(qū) 無窮切粘度，極限粘度無窮切粘度，極限粘度q 假塑性區(qū)假塑性區(qū)nKlglglgnK a高分子普適流動曲線log流動曲線斜率流動曲線斜率nTf極性極性剛性剛性Temperature 溫度溫度Activation energy粘流活化能是描述材料粘粘流活化能是描述材料粘-溫依賴性的物理量，表示流動單元（即鏈段）溫依賴性的物理量，表示流動單元（即鏈段）用于克服位壘，由原位置躍遷到附近用于克服位壘，由原位置躍遷到附近“空穴空穴”所需的最小能量所需的最小能量粘流活化能反映粘度變化的溫度敏感性粘流活化能反映粘度變化

10、的溫度敏感性高分子液體的流動單元是鏈段。因此，粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有高分子液體的流動單元是鏈段。因此，粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與總分子量關(guān)系不大關(guān)，而與總分子量關(guān)系不大 l 一般說來，分子鏈剛性大、極性強，或含有較大側(cè)基，鏈段體積大，粘一般說來，分子鏈剛性大、極性強，或含有較大側(cè)基，鏈段體積大，粘流活化能較高，如流活化能較高，如PVCPVC、PCPC、纖維素等、纖維素等 加工過程采用提高溫度的方法來調(diào)節(jié)流動性l 柔性較好的線形高分子，粘流活化能較低柔性較好的線形高分子，粘流活化能較低 加工過程，不能單靠提高溫度，而要改變切變速率來改善流動性WLF parametersPol

11、ymerC1C2Tg, KNR16.753.6200IR16.6104202PS14.550.4373PU15.632.6238PEMA17.665.5335Universal constants17.4451.6ggTTTTCTTCg21log適用范圍：適用范圍：TgTg+100WLF equation WLF方程方程Pressure 壓力壓力溫度和壓力對PMMA的粘度的影響壓力升高時，物料粘度上升壓力升高時，物料粘度上升 Shear rate 剪切速率剪切速率 1naKlog1loglognK第一牛頓區(qū)第二牛頓區(qū)假塑區(qū)lgan = 1n = 1lgn 10lgq 多數(shù)高分子的表觀粘多數(shù)高分

12、子的表觀粘度隨剪切速率的增加度隨剪切速率的增加而下降，是進行粘度而下降，是進行粘度調(diào)節(jié)的重要手段調(diào)節(jié)的重要手段q 柔性大的高分子一般柔性大的高分子一般剪切敏感性高剪切敏感性高Universal flow curve of polymersShear rate 剪切速率剪切速率各種加工方法所對應(yīng)的剪切速率范圍各種加工方法所對應(yīng)的剪切速率范圍加工方法加工方法剪切速率剪切速率/ s-1加工方法加工方法剪切速率剪切速率/ s-1壓制壓制100-101開煉、壓延開煉、壓延5 101-5 102紡絲紡絲102-105密煉密煉5 102-103注射注射103-105擠出擠出101-103 剪切變稀效應(yīng)對高分

13、子材料加工具有重要意義剪切變稀效應(yīng)對高分子材料加工具有重要意義流動曲線的差異反映分子鏈結(jié)構(gòu)及流動機理的差別流動曲線的差異反映分子鏈結(jié)構(gòu)及流動機理的差別分子量較大的柔性分子鏈，在剪切流場中易發(fā)生解纏結(jié)和取向，粘分子量較大的柔性分子鏈，在剪切流場中易發(fā)生解纏結(jié)和取向，粘-切依賴性較大切依賴性較大長鏈分子在強剪切場中還可能發(fā)生斷裂，分子量下降，也導(dǎo)致粘度降低長鏈分子在強剪切場中還可能發(fā)生斷裂，分子量下降，也導(dǎo)致粘度降低 Temperature- and shear-sensitive polymers 溫敏性和切敏性高分子溫敏性和切敏性高分子q 柔性大的高分子一般柔性大的高分子一般剪切敏感性高剪切敏

14、感性高q 極性大、剛性大的高分子極性大、剛性大的高分子一般溫度敏感性高一般溫度敏感性高2.42.22.01.8234CellulosePSPMMAPCPEPOMPVC1/T 103 (K1)loga (Pas)0123234lgChloride polyetherPEPSCellulosePCloga (Pas)(s1)隨切變速率升高，易改變構(gòu)象，破壞纏結(jié)改變構(gòu)象比較難提高切變速率(切應(yīng)力)(即提高擠出機的螺桿轉(zhuǎn)速、注射機的注射壓力），可調(diào)節(jié)流動Molecular weight and distribution分子量和分子量分布的影響分子量和分子量分布的影響M log0wMlogcM臨界纏結(jié)臨

15、界纏結(jié)分子量分子量 PolymerMc (g/mol)PE3500PP7000PS35000PVC6200PMMA30000PVAc25000PAN1300PB6000PI10000PET6000PA-65000PC300021eMRT線形高分子出現(xiàn)高彈平臺的臨界分子量線形高分子出現(xiàn)高彈平臺的臨界分子量ecMM32103.42WWK MK MWcWcMMMM平均分子量小于臨界纏結(jié)分子平均分子量小于臨界纏結(jié)分子量時，零剪切粘度與分子量基量時，零剪切粘度與分子量基本成正比本成正比分子量大到分子鏈間相互纏結(jié)，分子量大到分子鏈間相互纏結(jié)，粘度隨分子量的粘度隨分子量的3.1-3.43.1-3.4次方次方

16、律迅速猛增律迅速猛增 Molecular weight and distribution分子量和分子量分布的影響分子量和分子量分布的影響分子量增大，還使剪切變稀臨界切變速率降低，非牛頓流動性突出分子量增大，還使剪切變稀臨界切變速率降低，非牛頓流動性突出其原因是，其原因是，分子量大，變形松弛時間長，流動中發(fā)生取向的分子鏈不易恢復(fù)原形，分子量大，變形松弛時間長，流動中發(fā)生取向的分子鏈不易恢復(fù)原形，因此較早地出現(xiàn)流動阻力減少的現(xiàn)象因此較早地出現(xiàn)流動阻力減少的現(xiàn)象 183/PS183/PS242k217k179k117k48.5kloglogHigh MWLow MW分子量的影響l 從成型加工的角度從

17、成型加工的角度降低分子量可增加流動性，改善加工性降低分子量可增加流動性，改善加工性能，但會影響制品的力學(xué)強度和橡膠的能，但會影響制品的力學(xué)強度和橡膠的彈性彈性橡膠行業(yè)采用大功率煉膠機破碎、塑煉膠料橡膠行業(yè)采用大功率煉膠機破碎、塑煉膠料l 不同加工方法對分子量要求不一樣不同加工方法對分子量要求不一樣注塑成型分子量較低，擠出成型分子量較高，吹塑注塑成型分子量較低，擠出成型分子量較高，吹塑(中空容器中空容器)則則介于兩者之間介于兩者之間l 不同用途的高分子對分子量要求不一樣不同用途的高分子對分子量要求不一樣合成橡膠合成橡膠20萬，合成纖維萬，合成纖維2萬，塑料介于兩者之間萬，塑料介于兩者之間分子量分

18、布的影響l 分子量分布較窄的高聚物，熔體粘度分子量分布較窄的高聚物，熔體粘度主要由重均分子量決定主要由重均分子量決定l分子量分布較寬的高聚物，黏度可能分子量分布較寬的高聚物，黏度可能與重均分子量沒有嚴(yán)格的關(guān)系與重均分子量沒有嚴(yán)格的關(guān)系l分子量分布較寬的高聚物，其高分子量部分對零切粘度的貢獻大分子量分布較寬的高聚物，其高分子量部分對零切粘度的貢獻大兩個重均分子量相同的高聚物，分子量分布較寬的可能具有較高的零切兩個重均分子量相同的高聚物，分子量分布較寬的可能具有較高的零切粘度粘度l分子量分布較寬的高聚物，出現(xiàn)非牛頓流動的剪切速率低分子量分布較寬的高聚物，出現(xiàn)非牛頓流動的剪切速率低紡絲和塑料的注塑、

19、擠出加工中，剪切速率都比較高，寬分布的流動性紡絲和塑料的注塑、擠出加工中，剪切速率都比較高，寬分布的流動性比較好，有利于加工比較好，有利于加工loglogWide MWDNarrow MWDl分布加寬時，低分子量級分起內(nèi)增塑作用，分布加寬時，低分子量級分起內(nèi)增塑作用，粘流溫度下降，切變速率粘流溫度下降，切變速率敏感性大，敏感性大，流動性及加工行為改善流動性及加工行為改善Chain structure分子鏈結(jié)構(gòu)分子鏈結(jié)構(gòu)分子間作用力分子間作用力 鏈剛性鏈剛性 纏結(jié)點纏結(jié)點 粘度粘度 鏈段長度鏈段長度 分子鏈支化的影響分子鏈支化的影響短支化時短支化時, 相當(dāng)于自由體積相當(dāng)于自由體積增大增大, 流動

20、空間增大流動空間增大, 從而從而粘度減小粘度減小長支化時長支化時, 相當(dāng)長鏈分子相當(dāng)長鏈分子增多增多, 易纏結(jié)易纏結(jié), 從而粘度從而粘度增加增加Melt structure熔體結(jié)構(gòu)熔體結(jié)構(gòu)乳液法乳液法PVCPVC懸浮法懸浮法PVCPVC初級粒子未熔融，為剛性單元，初級粒子未熔融，為剛性單元，相互間作用較小，能相互滑移相互間作用較小，能相互滑移初級粒子已熔融，與懸浮法聚合初級粒子已熔融，與懸浮法聚合的差別消失的差別消失160160200200 C C 200 200 C C粘度粘度低低粘度粘度高高Blending共混共混相容體系相容體系2211logloglog相形態(tài)相形態(tài)粘度粘度不相容體系不相

21、容體系均相均相非均相（多相）非均相（多相）海海- -島結(jié)構(gòu)島結(jié)構(gòu)粘度粘度低低互鎖結(jié)構(gòu)互鎖結(jié)構(gòu)粘度粘度高高在流動體系中，低粘度組分傾向于成為連續(xù)相，把高粘度組分包在在流動體系中，低粘度組分傾向于成為連續(xù)相，把高粘度組分包在里面，從而使整個共混物的粘度下降里面，從而使整個共混物的粘度下降1和和2分別為兩種純高聚物的粘度，分別為兩種純高聚物的粘度， 1 1和和 2則分別是它們的體積分?jǐn)?shù)則分別是它們的體積分?jǐn)?shù)Filling 填充填充f5 . 210填充體系的粘度高分子的粘度填料的體積分?jǐn)?shù)Formation of Dilatant 脹塑性流體的形成l粒子處于密集型狀態(tài)，其空隙被液體填充l剪切應(yīng)力較低時，

22、粒子排列不發(fā)生紊亂，表現(xiàn)為較好的流動性l剪切應(yīng)力較大時，粒子間隙不能很好地吸收液體而形成塊狀集合體，增大粒子間的摩擦力，降低流體的流動性 Phenomena of the elastic effect q 高分子流體是彈性液體，在切應(yīng)力高分子流體是彈性液體，在切應(yīng)力作用下，不但表現(xiàn)出粘性行為，產(chǎn)作用下，不但表現(xiàn)出粘性行為，產(chǎn)生不可逆形變，而且表現(xiàn)出彈性生不可逆形變，而且表現(xiàn)出彈性(熵熵彈性彈性)行為，產(chǎn)生可回復(fù)的形變行為，產(chǎn)生可回復(fù)的形變q 高分子粘流過程中伴隨著可逆的高高分子粘流過程中伴隨著可逆的高彈形變，這是高分子熔體區(qū)別于低彈形變，這是高分子熔體區(qū)別于低分子液體的重要特征之一分子液體的重

23、要特征之一q 彈性效應(yīng)的表現(xiàn)彈性效應(yīng)的表現(xiàn)qWeissenberg effect （韋森堡效應(yīng)）（韋森堡效應(yīng)）qDie swell （擠出脹大）（擠出脹大）qUnstable flow （不穩(wěn)定流動）（不穩(wěn)定流動）Mechanism of the elastic effect q 高分子熔體的流動是各鏈段運動的總結(jié)果高分子熔體的流動是各鏈段運動的總結(jié)果l在外力作用下，高分子鏈順流動方向取向在外力作用下，高分子鏈順流動方向取向l外力消失后，鏈要重新蜷曲起來，形變部分回復(fù)外力消失后，鏈要重新蜷曲起來，形變部分回復(fù)q 彈性形變的發(fā)展和回復(fù)都是松弛過程彈性形變的發(fā)展和回復(fù)都是松弛過程q 分子量大、外力

24、作用時間短、溫度高于熔點以上不多時，分子量大、外力作用時間短、溫度高于熔點以上不多時，彈性效應(yīng)明顯彈性效應(yīng)明顯Normal Stress Differences 法向應(yīng)力差法向應(yīng)力差Normal Stress 法向應(yīng)力法向應(yīng)力 11：流動方向流動方向 22：與層流平面垂直方向與層流平面垂直方向 33：與與1、2垂直的方向垂直的方向112233Newtonian fluid33221122111N33222N第一法向應(yīng)力差第一法向應(yīng)力差第二法向應(yīng)力差第二法向應(yīng)力差Polymer melt01N02N223311 0211N 0222NWHAT CAUSES NORMAL STRESSES?Wei

25、ssenberg effect韋森堡效應(yīng)，包軸現(xiàn)象韋森堡效應(yīng)，包軸現(xiàn)象Newtonian liquidPolymer fluidWhen a rotating rod is placed into a vessel containing a fluidq A polymer melt or a concentrated polymer solution moves toward the rod, climbing itq A Newtonian liquid would be forced toward the rim of the vessel by inertiaExplanationq軸

26、在液體中旋轉(zhuǎn)時，離軸越遠的地方剪切軸在液體中旋轉(zhuǎn)時，離軸越遠的地方剪切速率越大，故法向應(yīng)力越大，相應(yīng)地，高速率越大，故法向應(yīng)力越大，相應(yīng)地，高分子鏈的彈性回復(fù)力越大，從而使熔體沿分子鏈的彈性回復(fù)力越大，從而使熔體沿軸向上擠，形成包軸現(xiàn)象軸向上擠，形成包軸現(xiàn)象Weissenberg effect轉(zhuǎn)軸表面線速度較高，靠近轉(zhuǎn)軸表面的分子鏈被拉伸取向，并纏繞在軸上，經(jīng)拉伸取向后的分子鏈段有自發(fā)恢復(fù)到卷曲構(gòu)象的傾向，造成在封閉圓環(huán)上液體的拉力，這種拉力力圖使圓環(huán)直徑變小，因而產(chǎn)生了向心法向應(yīng)力，使液體產(chǎn)生向心運動，直到與液體的慣性力（離心力）相平衡。液體的向心流動必然造成圓環(huán)中心的密度和壓力增大的狀況。

27、壓力的增大表現(xiàn)在各個方向上，其中也使與轉(zhuǎn)軸線平行的方向上產(chǎn)生應(yīng)力，稱為軸向應(yīng)力。由于液體上部的壓力較低，因此液體產(chǎn)生了沿軸上升的運動（與重力平衡）。 爬桿效應(yīng)的原因：Die swell (Barus effect) 擠出脹大擠出脹大(Barus效應(yīng)效應(yīng))Die swell phenomenaq When a viscoelastic fluid is extruded, it flows from the die and retracts. This results in swelling to a much greater diameter than that of the dieq 高分子

28、熔體被強迫擠出口模時，擠出高分子熔體被強迫擠出口模時，擠出物尺寸大于口模尺寸，截面形狀也發(fā)物尺寸大于口模尺寸，截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象生變化的現(xiàn)象0maxDDB 脹大比脹大比die影響高分子熔體彈性的因素，也影響擠影響高分子熔體彈性的因素，也影響擠出脹大行為出脹大行為擠出溫度升高，或速度下降，或加入填料，導(dǎo)致熔體彈性形變減少，擠出脹大減輕 Explanation of Die swellq 從熵彈性角度考慮，無規(guī)線團狀大分子從熵彈性角度考慮，無規(guī)線團狀大分子鏈在口模入口區(qū)被強烈拉伸，構(gòu)象熵減鏈在口模入口區(qū)被強烈拉伸，構(gòu)象熵減少。構(gòu)象變化在口模內(nèi)部部分得到松弛，少。構(gòu)象變化在口模內(nèi)部部分得到松弛

29、，仍有部分直到擠出口模后才回復(fù)仍有部分直到擠出口模后才回復(fù) 擠出后，分子鏈回復(fù)到新的無規(guī)線團構(gòu)擠出后，分子鏈回復(fù)到新的無規(guī)線團構(gòu)象，使熵值升高而脹大象，使熵值升高而脹大q 熔體在口模中流動時，法向應(yīng)力差所產(chǎn)熔體在口模中流動時，法向應(yīng)力差所產(chǎn)生的彈性形變在出口模后也要回復(fù)生的彈性形變在出口模后也要回復(fù)13221q 模孔入口處流線收斂，在流動方向產(chǎn)生模孔入口處流線收斂，在流動方向產(chǎn)生速度梯度，因而高分子熔體在拉力下產(chǎn)速度梯度，因而高分子熔體在拉力下產(chǎn)生拉伸彈性形變生拉伸彈性形變 口模較短時，這部分形變來不及完全松口模較短時，這部分形變來不及完全松弛掉，出口模時發(fā)生弛掉，出口模時發(fā)生彈性彈性回復(fù)回復(fù)

30、Unstable flow (Melt breakup) 不穩(wěn)定流動（熔體破裂）不穩(wěn)定流動（熔體破裂）Unstable flowq Phenomenaq 波浪波浪q 鯊魚皮鯊魚皮q 竹節(jié)竹節(jié)q 螺旋螺旋q 不規(guī)則破碎不規(guī)則破碎ABCq Explanationq 高彈湍流：高切變速率下，當(dāng)高彈形變的儲能超過克服粘滯阻力的高彈湍流：高切變速率下，當(dāng)高彈形變的儲能超過克服粘滯阻力的流動能量時產(chǎn)生的不穩(wěn)定流動流動能量時產(chǎn)生的不穩(wěn)定流動擠出速率(或剪切應(yīng)力) 臨界值，熔體從口模擠出后易發(fā)生彈性湍流隨擠出速率增大，可先后出現(xiàn)波浪形、鯊魚皮形、竹節(jié)形、螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無規(guī)則的熔體破裂 Unstabl

31、e flow (Melt breakup) 不穩(wěn)定流動（熔體破裂）不穩(wěn)定流動（熔體破裂）l 不穩(wěn)定流動是高分子液體彈性行為的表現(xiàn)不穩(wěn)定流動是高分子液體彈性行為的表現(xiàn)l 熔體破裂現(xiàn)象，與熔體的非線性粘彈性、分子鏈在剪切流場中的取熔體破裂現(xiàn)象，與熔體的非線性粘彈性、分子鏈在剪切流場中的取向和解取向（構(gòu)象變化及分子鏈松弛的滯后性）、纏結(jié)和解纏結(jié)、向和解取向（構(gòu)象變化及分子鏈松弛的滯后性）、纏結(jié)和解纏結(jié)、外部工藝條件諸因素有關(guān)外部工藝條件諸因素有關(guān)l 從形變能的觀點看，高分子液體的彈性貯能本領(lǐng)有限。當(dāng)外力作用從形變能的觀點看，高分子液體的彈性貯能本領(lǐng)有限。當(dāng)外力作用速率很大，外界賦予液體的形變能遠遠超

32、出液體可承受的極限，多速率很大，外界賦予液體的形變能遠遠超出液體可承受的極限，多余的能量將以其它形式表現(xiàn)出來，其中產(chǎn)生新表面、消耗表面能是余的能量將以其它形式表現(xiàn)出來，其中產(chǎn)生新表面、消耗表面能是一種形式，即發(fā)生熔體破裂一種形式，即發(fā)生熔體破裂無管虹吸無管虹吸對牛頓型流體，當(dāng)虹吸管提高到離開液面時，虹吸現(xiàn)象立即終止對牛頓型流體，當(dāng)虹吸管提高到離開液面時，虹吸現(xiàn)象立即終止對高分子液體，當(dāng)虹吸管升離液面后，杯中液體仍能源源不斷地從虹吸對高分子液體，當(dāng)虹吸管升離液面后，杯中液體仍能源源不斷地從虹吸管流出，這種現(xiàn)象稱無管虹吸效應(yīng)管流出，這種現(xiàn)象稱無管虹吸效應(yīng) 該現(xiàn)象與高分子液體的彈性行為有關(guān)該現(xiàn)象與高

33、分子液體的彈性行為有關(guān)液體的這種彈性使之容易產(chǎn)生拉伸流動，拉伸液流的自由表面相當(dāng)穩(wěn)定，因而具有良液體的這種彈性使之容易產(chǎn)生拉伸流動，拉伸液流的自由表面相當(dāng)穩(wěn)定，因而具有良好的紡絲和成膜能力好的紡絲和成膜能力 剪切流動：速度梯度場垂直于流動方向剪切流動：速度梯度場垂直于流動方向拉伸流動：速度梯度場平行于流動方向拉伸流動：速度梯度場平行于流動方向q 紡絲時熔體離開噴絲孔后的牽伸紡絲時熔體離開噴絲孔后的牽伸q 吹塑成型時熔體吹塑成型時熔體離開離開口模后的流動口模后的流動q 其他有流線收斂或發(fā)散的流動其他有流線收斂或發(fā)散的流動Tensile flow 拉伸流動拉伸流動.Melt spinning纖維紡

34、絲過程為一維的單軸拉伸纖維紡絲過程為一維的單軸拉伸薄膜吹塑過程屬二維的雙向拉伸薄膜吹塑過程屬二維的雙向拉伸其它高分子材料加工過程，如壓延、擠出、注塑，也其它高分子材料加工過程，如壓延、擠出、注塑，也存在拉伸流動存在拉伸流動凡是彈性液體流經(jīng)截面有顯著變化的流道時，都有拉凡是彈性液體流經(jīng)截面有顯著變化的流道時，都有拉伸流動存在伸流動存在單軸拉伸單軸拉伸Tensile viscosity 拉伸粘度（特魯頓粘度）拉伸粘度（特魯頓粘度）Newtonian fluidTensile stressTensile viscosityTensile rate36雙軸拉伸雙軸拉伸Tensile viscosity

35、 of polymer melt 高分子熔體的拉伸粘度高分子熔體的拉伸粘度PSHDPE3456345logloga (Pas)(Pa)763IIRPMMAPAABSPOMLDPEPPABCq 拉伸粘度與分子結(jié)構(gòu)、拉伸粘度與分子結(jié)構(gòu)、分子量、分子量分布、分子量、分子量分布、鏈纏結(jié)、取向等有關(guān)鏈纏結(jié)、取向等有關(guān)q 機理和規(guī)律機理和規(guī)律?低聚合度的低聚合度的線形聚合物線形聚合物高聚合度支化聚合物高聚合度支化聚合物高聚合度線形聚合物高聚合度線形聚合物Ball Viscometer落球粘度計落球粘度計lssvgr292tKls0abr,sv , lStocks equationEquation in u

36、se儀器常數(shù)儀器常數(shù)小球由小球由a落到落到b所需時間所需時間切應(yīng)力切應(yīng)力Capillary Viscometer毛細(xì)管粘度計毛細(xì)管粘度計FLdRpw22vRdpw32wwnn413測力頭測力頭十字頭十字頭活塞桿活塞桿料筒料筒熔體熔體毛細(xì)管毛細(xì)管表觀切變速率表觀切變速率實際切變速率實際切變速率表觀粘度表觀粘度wwa毛細(xì)管半徑毛細(xì)管半徑毛細(xì)管長度毛細(xì)管長度料筒直徑料筒直徑力力十字頭十字頭下降速率下降速率可以得到流動曲線和粘流活化能可以得到流動曲線和粘流活化能非牛頓指數(shù)Melt flow rate熔體流動速率熔體流動速率Melt Flow Rate （熔體流動速率（熔體流動速率, MFR）Melting Index（熔融指數(shù)（熔融指數(shù), MI）高分子熔體在一定溫度和負(fù)荷下，高分子熔體在一定溫度和負(fù)荷下，單位時間內(nèi)從標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管中流出的單位時間內(nèi)從標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管中流出的重量，重量，g/10min砝碼砝碼活塞桿活塞桿料筒料筒熔體熔體毛細(xì)管毛細(xì)管MBAMIloglog熔融指數(shù)與分子量的關(guān)系熔融指數(shù)與分子量的關(guān)系平行板式平行板式Rotational viscometer旋轉(zhuǎn)粘度計旋轉(zhuǎn)粘度計323RM錐板式錐板式圓筒式圓筒式 2RMbRM1233切應(yīng)力切應(yīng)力切變速率切變速率角速度角速度錐