1、第四章 聚合物加工流變學聚合物流變學( rheology of polymers )是研究聚合物流動與形變的科學。選擇加工工藝；確定操作條件；設備優化設計；獲得性能良好的制品意義第四章 聚合物加工流變學一非牛頓流體的表征1聚合物流體的流動行為牛頓流體剪切應力12 與剪切速率 之間呈線性關系，粘度與 無關，服從牛頓定律：第一節 聚合物流體的剪切粘性 12 與 非線性，粘度隨 而變式中：K為粘度系數， n為非牛頓指數非牛頓流體的表征：非牛頓流體表征流體偏離牛頓型流動的程度第一節 聚合物流體的剪切粘性 a12 / =K n-1 a隨 而當n=1時，牛頓流體，牛頓粘度不變 要克服某一臨界剪切應力才能使

2、其產生牛頓流動當n1時，a隨 的而當n二、聚合物剪切粘性的影響因素總結壓力濃度溶劑溫度混合比分子量更準聚合物流體質量是否正常的判據黏度黏度分子量大？小？分布寬大？窄？（三）應用二、聚合物剪切粘性的影響因素 調整工藝條件的依據兩種PP熔體黏度與溫度和剪切速率的關系 （MI=15） 案例1二、聚合物剪切粘性的影響因素作lg a 1/2圖 結構黏度指數牛頓: =0；切力變稀: 0；切力增稠: ?(P)計算。相當于孔道增加了一段虛構長度。彈性的本質：-熵彈性。第三節 聚合物流體的彈性流體的彈性表征第一法向應力差函數；彈性模量（剪切彈性模量G或拉伸彈性模量E）松弛時間（/G）；動態粘度函數();動態儲能

3、模量G()；脹大比。第三節 聚合物流體的彈性二影響聚合物流體彈性的因素第三節 聚合物流體的彈性（一）分子參數對聚合物流體彈性的影響法向應力和柔量增大，彈性大平均相對分子質量增加相對分子質量分布的加寬彈性增大280不同特性粘度聚酯的入口壓力降1-=1.04 ，2-=0.66 3-=0.56第三節 聚合物流體的彈性聚酯的特性粘度與擠出脹大比的關系1L/D=1 2L/D=5 3L/D=7熔體溫度290 噴絲板直徑1.2mm280時不同相對分子質量分布的聚酯的入口壓力降1-分布寬 2-分布窄第三節 聚合物流體的彈性長鏈分支增加，彈性增大。提示支鏈加工難（二）加工條件對聚合物流體彈性的影響聚酯熔體的擠出

4、脹大比與熔體溫度的關系1=0.86 2=0.74 3=0.64第三節 聚合物流體的彈性1溫度的影響溫度升高，彈性減小2.濃度的影響濃度的升高，法向應力增大,彈性顯著。第三節 聚合物流體的彈性3剪切速率的影響剪切速率越大，流體入口壓力降、法向壓力差及脹大比越大，彈性能貯存越高，彈性效應越顯著聚合物熔體在200時的第一法向應力差與剪切速率的關系1-高密度聚乙烯 2-低密度聚乙烯 3-聚苯乙烯聚丙烯熔體的擠出脹大與剪切速率的依賴關系。（試樣相對分子質量29.3萬 熔體溫度190）曲線旁的數字為毛細孔的長徑比第三節 聚合物流體的彈性4流動的幾何條件的影響噴絲孔直徑與擠出脹大比的關系1=0.86 2=0

5、.74 3=0.64第三節 聚合物流體的彈性噴絲孔直徑增大，擠出脹大比明顯減小，彈性效應減弱。倒角60-120o。長徑比大，有利于松弛過程的完成，彈性較小。長徑比對聚酯熔體的擠出脹大比的影響1=0.86 2=0.74 3=0.64第三節 聚合物流體的彈性（三）混合對彈性的影響填料濃度增加，彈性降低。臨界剪切應力上升。碳酸鈣填充聚丙烯的法向應力差隨剪切應力變化1CaCO3/PP=0/100 2CaCO3/PP=10/90 3CaCO3/PP=20/80 4CaCO3/PP=40/60第三節 聚合物流體的彈性降低出口脹大比和擠出物的畸變。碳黑等填充補強案例定量描述：視聚合物流體為Maxwell流體

6、：第三節 聚合物流體的彈性PP比PET的非牛頓性強，彈性顯著，值和 值大，總法向應力差N1大。第三節 聚合物流體的彈性適當提高紡絲溫度；控制適宜的相對分子質量；適當加大孔口直徑（0.4mm)；增大噴絲孔長徑比（大于2）；降低剪切速率； ？-減小細流的脹大比，改善PP的可紡性。 本課習題1聚合物流體有哪些彈性表現？其本質是什么？如何表征？2分析影響聚合物彈性的因素，并說明提高擠出量可能遇到的問題，如何克服？ 第三節 聚合物流體的彈性一、聚合物流體在管道中的流動參數纖維成型與噴絲孔長度L、截面形狀有密切的關系第四節 聚合物流體在管道中的流動紡絲過程中，高聚物流體基本為兩種流場：出噴絲孔前剪切流動（

7、壓力作用下的壓差流動）出噴絲孔后單軸拉伸流動（拉伸應力作用下的流動）1孔道中的剪切應力12第四節 聚合物流體在管道中的流動式中：L為毛細管的長度； P為毛細管壓力降。在管道中心： (12)r=0=0；在管壁處（rR）：(12 )w 最大，即：第四節 聚合物流體在管道中的流動由于入口效應和粘彈體流動中彈性能儲藏消耗了額外的壓力，因此P實測P計算，P進行Bagley修正 。 *2、孔道中的流動線速度V(r)第四節 聚合物流體在管道中的流動第四節 聚合物流體在管道中的流動第四節 聚合物流體在管道中的流動第四節 聚合物流體在管道中的流動 切力變稀流體n1 流體速度分布接近柱塞形 n值越小，管中心處的速

8、度分布越平坦，越接近柱塞形。第四節 聚合物流體在管道中的流動脹流形流體 n1，m1 流體速度分布變得陡峭 n越大，越接近錐形第四節 聚合物流體在管道中的流動第四節 聚合物流體在管道中的流動3、平均流出體積速度Q （體積流量） 第四節 聚合物流體在管道中的流動第四節 聚合物流體在管道中的流動牛頓流體:n=1 1/m=1 k=1/ 相同時，Q與P成正比，計量泵快Q大， P大4、管道壁上的剪切速率 第四節 聚合物流體在管道中的流動*噴絲板孔設計PET？PE？第四節 聚合物流體在管道中的流動案例1對于牛頓流體，則：案例2PET設備生產聚丙烯會有什么問題，如何解決？案例3PET紡絲時出現螺旋絲？ 二、不穩定流動與熔體破裂“熔體破裂”：發生在臨界剪切速率以上的不穩定流動,宏觀表現為擠出物表面變得粗糙,失去光澤,粗細不均和出現扭曲,甚至破壞。第四節 聚合物流體在管道中的流動出現“熔體破裂”時的剪切應力（速率）為臨界剪切應力（速率）。加工速率上限*第四節 聚合物流體在管道中的流動臨界剪切速率影響因素流動幾 何條件聚合物非牛