聚合物的流变性能
聚合物的流变性能
一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器 某些部位
上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度 的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切 的联系。
处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型 流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。
1 关于流变性能
（1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切
速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯
速降低，这种聚合物称作剪 性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物
剪切变稀程度是不同的，了 解这一点对注塑有重要意义。
（2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀 效应。
普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温 度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹 性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。
在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流 道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要 收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口， 剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模 膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀 效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。
（3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢 复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开 且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三 个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持 恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提 高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定 要标志。
当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破 裂。
4）温度对粘度的影响
粘度依赖于温度的机理是分子链和“自由体积”与温度之间存在着关联。当在玻璃化温度以 下时，自由体积保持恒定，体积随温度增长而大分子链开始振动。当温度超过玻璃化温度时，大 链段开始移动，链段之间的自由体积增加，链段与链段之间作用力减小，粘度下降。不同的聚合 物粘度对温度的敏感性有所不同。
（5）压力对粘度的影响 聚合物熔体在注塑时，无论是预塑阶段，还是注射阶段，熔体都要经受内部静压力和外部动 压力的联合作用。保压补料阶段聚合物一般要经受 1500~2000kgf/cm2 压力作用，精密成型可高达 4000kgf/cm2, 在如此高的压力下，分子链段间的自由体积要受到压缩。由于分子链间自由体积减 小，大分第四节
的重
子链段的靠近使分子间作用力加强即表现粘度提高。
在加工温度一定时，聚合物熔体的压缩性比一般液体的压缩性要大，对粘度影响也较大。由于聚合物的压缩率不同，所以粘度对压力的敏感性也不同；压缩率大的敏感性大。
聚合物也由于压力提高会使粘度增加，能起到和降低熔体温度一样的等效作用。
（6）分子量对粘度的影响一般情况下粘度随分子量增加而增加，由于分子量增加使分子链段加度，分子链重心移动越慢，链段间的相对们移抵消机会越多，分子链的柔性加大缠结点增多，链的解脱和滑移困难。使流动过程助力增大，需要的时间和能量也增加。
由于分子量增加引起聚合物流动降低，使注塑困难，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子物质，如增塑剂等，来降低聚合物的分子量，以达到减小粘度，改善加工性能。
第三章制品成型机理
第一节结晶效应
1 结晶概念聚合物的超分子结构对注塑条件及制品性能的影响非常明显。聚合物按其超分子结构可分为结晶型和非结晶型，结晶型聚合物的分子链呈有规则的排列，而非结晶态聚合物的分子链呈不规则的无定型的排列。不同形态表现出不同的工艺性质误物理—机械性质。一般结晶型聚合物具有耐热性和较高的机械强度，而非结晶型则相反。分子结构简单，对称性高的聚合物都能生成结晶，女口PE等，分子链节虽然大，但分子间的作用力很强也能生成结晶，如POM,PA等。分子链刚性大的聚合物不易生成结晶，如PC,PSU,PPO等。
评定聚合物结晶形态的标准是晶体形状，大小及结晶度。
2 聚合物结晶度对制品性能的影响
（1）密度. 结晶度高说明多数分子链已排列成有序而紧密的结构，分子间作用力强，所以密
度随结晶度提高而加大，如70%结晶度的PP,其密度为0.896,当结晶度增至95%寸则密度增至o.903。（2）拉伸强度结晶度高，拉伸强度高。如结晶度70%的聚丙烯其拉伸强度为27.5mpa,当结晶度
增至95%寸，则拉伸强度可提高到42mpa。
（ 3 ）冲击强度冲击强度随结晶度提高而减小，如70%结晶度的聚丙烯，其缺口冲击强度
15.2kgf-cm/cm2, 当结晶度95%时，冲击强度减小到4.86kgf-cm/cm2 。
（4）热性能结晶度增加有助于提高软化温度和热变形温度。如结晶度为70%的聚丙烯，载荷下的
热变形温度为125 度，而结晶度95%时侧为151 度。刚度是注塑制品脱模条件之一，较高的结晶度会减少制品在模内的冷却周期。结晶度会给低温带来脆弱性，如结晶度分别为55%，85%，95%的等
规聚丙烯其脆化温度分别为0度，10度，20 度。
（5）翘曲结晶度提高会使体积减小，收缩加大，结晶型材料比非结晶型材料更易翘曲，这是因为制品在模内冷却时，由于温度上的差异引起结晶度的差异，使密度不均，收缩不等，导致产生较高的内应力而引起翘曲，并使耐应力龟裂能力降低。
（6）光泽度结晶度提高会增加制品的致密性。使制品表面光泽度提高，但由于球晶的存在会引
起光波的散射，而使透明度降低。
3 影响结晶度的因素
（1）温度及冷却速度结晶有一个热历程，必然与温度有关，当聚合物熔体温度高于熔融温度
时大分子链的热运动显著增加，到大于分子的内聚力时，分子就难以形成有序排列而不易结晶；当温度过低时，分子链段动能很低，甚至处于冻结状态，也不易结晶。所以结晶的温度范围是在玻璃化温度和熔融温度之间。在高温区（接近熔融温度），晶核不稳定，单位时间成核数量少，而在低温区（接近玻璃化温度）自由能低，结晶时间长，结晶速度慢，不能为成核创造条件。这样在熔融温度和玻璃化温度之间存在一个最高的结晶速度和相应的结晶温度。
温度是聚合物结晶过程最敏感性因素，温度相差 1 度，则结晶速度可能相差很多倍。聚合物从
熔点温度以上降到玻璃化温度以下，这一过程的速度称冷却速度，它是决定晶核存在或生长的条件。注塑时，冷却速度决定于熔体温度和模具温度之差，称过冷度。根据过冷度可分以下三区。
a 等温冷却区，当模具温度接近于最大结晶速度温度时，这时过冷度小，冷却速度慢，结晶几乎
在静态等温条件下进行，这时分子链自由能大，晶核不易生成，结晶缓慢，冷却周期加长，形成较
大的球晶。
b 快速冷却区，当模具温度低于结晶温度时过冷度增大，冷却速度很快结晶在非等温条件下进行，大分子链段来不及折叠形成晶片，这时高分子松驰过程滞后于温度变化的速度，于是分子链在骤冷下形成体积松散的来不及结晶的无定型区。例如：当模具型腔表面温度过低时，制品表层就会出现这种情况，而在制品心部由于温度梯度的关系，过冷度小，冷却速度慢就形成了具有微晶结构的结晶区。
c 中速成冷却区，如果把冷却模温控制在熔体最大结晶速度温度与玻璃化温度之间，这时接近表层的区域最早生成结晶，由于模具温度较高，有利于制品内部晶核生成和球晶长大。结晶的也比较完整。在这一温度区来选择模温对成型制品是有利的，因为这时结晶速率常数大，模温较
低，制品易脱模，具注塑周期短。例如：PETP。建议模温控制在（140~190度），PA6, PA66，模温
控制在（70~120度），PP模温控制在（30~80）这有助于结晶能力提高在注塑中模温的选择应能使结晶度尽可能达到最接近于平衡位置。过低过高都会使制品结构不稳定，在后期会发生结晶过程在温度升高时而发生变化，引起制品结构的变化。
(2) 熔体应力作用，熔体压力的提高，剪切作用的加强都会加速结晶过程。这是由于应力作用会使链段沿受力方向而取向，形成有序区，容易诱导出许多晶胚，使用权晶核数量增加，生成结晶时间缩短，加速了结晶作用。
压力加大还会影响球晶的尺寸和形状，低压下容易生成大而完整的球晶，高压下容易生成小而不规则的球晶。球晶大小和形状除与大小有关还与力的形式有关。在均匀剪切作用下易生成均匀的微晶结构，在直接的压力作用下易生成直径小而不均匀的球晶。螺杆式注塑机加工时，由于熔体受到很大的剪切力作用，大球晶被粉碎成微细的晶核，形成均匀微晶。而塞式注塑机相反。球晶的生成和发展与注塑工艺及设备条件有关。用温度和剪切速率都能控制结晶能力。
在高剪切速率下得到的PP 制品冷却后具有高结晶度的结构，而且PP 受剪切作用生成球晶的时间比无剪切作用在静态熔体中生成球晶的时间要减少一半。
对结晶型聚合物来说，结晶和取向作用密切相关，因此结晶和剪切应力也就发生联系；剪切作用将通过取向和结晶两方面的途径来影响熔体的粘度。从而也就影响了熔体在喷嘴，流道，浇口，型腔中的流动。根据
聚合物取向作用可提前结晶的道貌岸然理，在注塑中提高注射压力和注射速率而降低熔体粘度的办法为结晶创造条件。当然，应以熔体不发生破裂为限。
在注塑模具中发生结晶过程的重要特点是它的非等温性。熔体进入模具时，接近表面层先生成小球晶，而内层生成大的球晶；浇口附近温度高，受热时间长结晶度高，而远离浇口处因冷却快，结晶度低，所以造成制品性能上的不均匀性。
第二节取向效应
1 取向机理聚合物在加工过程中，在力的作用下，流动的大分子链段一定会取向，取向的性质和程度根据取向条件有很大的区别。按熔体中大分子受力的形式误作用的性质可分为剪切应力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”。
按取向结构单元的取向方向，可分单轴和双轴或平面取向。按熔体温场的稳定性可分等温和非等温流动取向。也可分结晶和非结晶取向。
聚合物熔体在模腔中的流动是注塑的主要流动过程，熔体在型腔中取向过程，将直接影响制品的质量。
欲理解注塑制品在型腔中成型的机理需了解无定型聚合物的取向机理。充模时，无定型聚合物熔体是沿型壁流动，熔体流入型腔首先同模壁接触霰成来不及取向的冻结层外壳。而新料沿着不断增长地凝固层内壁向前流动。推动波前峰向前移动。
靠近凝固层的分子链，一端被固定凝固层上，而另一端被邻层的分子链沿着流动方向而取向。由于靠近凝固层助力最大，速度最小；而中心外流动助力最小，速度最大，这样在垂直于流动方向上形成速度梯度；凝固层处的速度梯度最大，中心处的速度梯度最小，因此靠近凝固层的熔体流受剪切作用最强，取向程度最大，而在靠近中心层剪切作用最小，取向也最小，形成小取向层区。
2 取向对制品性能的影响
由于非结晶型聚合物的取向是大分子链在应力作用方向上的取向，所以在取向方向的力学性质明显增加，而垂直于取向方向的力学性质却又明显地降低；在取向方向的拉伸强度，断裂伸长率，随取向度增加而提高。
双轴取向的制品其力学性质具有各异性并与两个方向拉伸倍数有关。双轴取向改变了单轴取向的力学性质。在通常注塑条件下，注塑制品在流动方向上的拉伸强度大约是垂直方向的确良1~2.9 倍，而冲击强度为1~10 倍，说明垂直于流动方向上的冲击强度降低很多。
注塑制品的玻璃化转变温度随取向度提高而上升。有的随取向度高和结晶度的提高，其聚合物的玻璃化温度值可升高~25 度。
由于在制品中存在有一定的高弹形秋，一定温度下已取向的分子链段要产生松驰作用：非结晶型聚合物的分子链要重新蜷曲，结晶率与取向度成正比。所以收缩程度是取向程度的反映。线膨胀系数也将随取向度而变化；在垂直于流动方向线膨胀系数比取向方向约大 3 倍。取向后的大分子被拉长，分子之间的作用力增加，发生“应力硬化”现象，表现了注塑制品模量提高的现象。
“冻结取向”越大，则越容易发生应力松驰，制品收缩也越大。所以制品收缩反映了取向的程度。
3 影响制品取向的因素在注塑加工中，聚合物熔体的取向过程可分两个阶段进行。第一阶段是充模阶段，这时流动的特点是：熔体压力低，剪切速率大，模壁处的物料在快速冷却条件丐进行。这一阶段聚合物熔体的粘度主要是温度和剪切速率的函数。第二阶段是保压阶段。其特点是剪切速率低，压力高，温度逐渐下降。
聚合物熔体的粘度主要依赖于温度和注射压力，但对取向影响主要是熔体加工温度。对结晶影响主要
是模具温度。
取向即与剪切或拉伸作用有关，也与大分子链的自由能有关。根据这种机理，控制取向的条件有以下因素。
（1）物料温度和模具温度增高都会使取向效自学成才降低。因为熔体升高时粘度会降低。如果熔体加工温度高它和凝固温度之间的温度域加宽，松驰时间加长，容易解取向。非结晶型聚合物的松驰时间是从加工温度降至玻璃化温度的时间，而对结晶型聚合物是加工温度至熔化温度的时间，由于熔点温度高于玻璃化温度，显然非结晶型聚合物松驰时间要长于结晶型聚合物。因此加工结晶型聚合物冷却速度大，松驰过程短。容易产生冻结取向。而非结晶型聚合物冷却速度慢，松驰过程长容易解取向，取向效果将减小。
（2）注射压力增加可提高熔体的剪切自学成才力和剪切速率，有助于加速高分子的取向效应。因此，注射压力与保压压力的提高都会使结晶与取向作用加强，制品的密度将随保压压力的升高而讯速增长。
（3）浇口封闭时间会影响取向效应。如果熔体流动停止后，大分子的热运动仍较强烈，会使已取向的单元又发生松驰，产生解取向的效应。采用大的浇口由于冷却得慢，封闭时间延长，熔体流动时间延长增加了取向效果，尤其在浇口处的取向更为明显，所以直浇口比点浇口更容易维持取向效应。
（4）模具温度较低时，冻结取向效应提高。而解取向作用减小。
（5）关于充模速度对制品取向的影响。快速充模会引起表面部位的高度取向，但内部取向小，因为在一定温度条件下，快速充模会维持其制品心部在较高的温度下冷却，使冷却时间加长，高分子松驰时间延长使解取向能力加强，所以心部取向程度反而比表层的小。在注射温度相同条件下，慢速充模会延长流动时间，实际熔体温度要降低，剪切力要增加。这时熔体的实际温度与玻璃化温度或熔点的区间要比快速充模区间小，则应力松驰时间也短，所以解取向作用小；另一方面慢速充模熔体的温度比快速充模时来得低些，解取向作用减小，而取向作用会增加。就制品心部的结构形态而言，快速充模会引起较小的取向，而慢速充模反而会引起大的取向。
综上所述，影响聚合物结晶与取向的因素有以下几个方面：
1 温度：a 熔体温度。b 熔体加工过程的温度。c 模具温度。d 聚合物熔点。e 聚合物玻璃化温度。 f 熔体最大结晶速率温度。
2 时间：a 聚合物加热时间。b 充模时间。c 保压时间。d 浇口封闭时间。e 冷却时间。
3 压力：a 充模压力。b 保压压力。
4 速度：a 充模速度。b 塑化速度。
第三节内应力
1 内应力产生在注塑制品中，各处局部应力状态是不同的，制品变形程度将决定于应力分布。如果制品在冷却时。存在温度梯度，则这类应力会发展，所以这类应力又称为“成型应力”。
注塑制品的内应力包两种：一种是注塑制品成型应力，另一种是温度应力。当熔体进入温度较低的模具时，靠近模腔壁的熔体讯速地冷却而固化，于是分子链段被“冻结”。由于凝固的聚合物层，导热性很差，在制品厚度方向上产生较大的温度梯度。制品心部凝固相当缓慢，以致于当浇口封闭时，制品中心的熔体单元还未凝固，这时注塑机又无法对冷却收缩进行补料。这样制品内部收缩作用与硬皮层作用方向是相反的；心部处于静态拉伸而表层则处于静态压缩。
在熔体充模流动时，除了有体积收缩效应引起的应力外。还有因流道，浇口出口的膨胀效应而引起的应力；前一种效应引起的应力与熔体流动方向有关，后者由于出口膨胀效应将引起在垂直于流动方向应力作用。
2 影响愉应力的工艺因素
（1）向应力的影响在速冷条件下，取向会导致聚合物内应力的形成。由于聚合物熔体的粘度高，内应力不能很快松驰，影响制品的物理性能和尺寸稳定性。
各参数对取向应力的影响
a 熔体温度，熔体温度高，粘度低，剪切应力降低取向度减小；另一方面由于熔体温度高会使
应力松驰加快，促使解取向能力加强。
可是在不改变注塑机压力的情况下，模腔压力会增大，强剪切作用又导致取向应力的提高。
b 在喷嘴封闭以前，延长保压时间，会导致取向应力增加。
c 提高注射压力或保压压力，会增大取向应力，
d 模具温度高可保证制品缓慢冷却，起到解取向作用。
e 增加制品厚度使取向应力降低，因为厚壁制品冷却时慢，粘度提高慢，应力松驰过程的时间
长，所以取向应力小。
（2）对温度应力的影响如上所述由于在充模时熔体和型壁之间温度梯度很大，先凝固的外层熔体要助止后凝固的内层熔体的收缩，结果在外层产生压应力（收缩应力），内层产生拉应力（取向应力）。
如果充模后又在保压压力的作用下持续较长时间，聚合物熔体又补入模腔中，使模腔压力提高，此压力会改变由于温度不均而产生的内应力。但在保压时间短，模腔压力又较低的情况下，制品内部仍会保持原来冷却时的应力状态。
如果在制品冷却初期模腔压力不足时，制品的外层会因凝固收缩而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬层的后期模腔压力不足时，制品的内层会因收缩而分离，或形成空穴；如果在浇口封闭前维持模腔压力，有利于提高制品密度，消除冷却温度应力，但是在浇口附近会产生较大的应力集中。
由此看来热塑性聚合物在成型时，模内压力越大保压时间越长，有助于温度所产生的收缩应力的减小反之会使压缩应力增大。
3 内应力与制品质量的关系制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性质和使用性能；由于制品内应力的存在和分布不均，制品在使用过程中会发生裂纹。在玻璃化温度以下使用时，常发生不规则的变形或翘曲，还会引起制品表面“泛白”，浑浊，光学性质变坏。
设法降低浇口处温度，增加缓冷时间，有利于改善制品的应力不均，使制品的机械性能均一。不管对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物，拉伸强度都表现出各向异向的特点。对非结晶型聚合物拉伸强度会因浇口的们置而异；当浇口与充模方向一致时，拉伸强度随熔体温度提高而降低；当浇口与充模方向垂直时，拉伸强度随熔体温度的提高而增加。
由于熔体温度提高导致解取向作用加强，而取向作用减弱使拉伸强度降低。浇口的方位会通过影响料流的方向来影响取向，又由于非结晶型聚合物比结晶型聚合物的各向异性表现的强烈，所以在垂直于流动方向上的拉伸强度前者比后者大。低温注射比高温注射有更大的力学各向异性，如注射温度高时，垂直方向与流动方向的强度比为 1.7 ，注射温度低时为 2 。
由此看来，熔体温度的提高，不论对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物都会导致拉伸强度的降低，但机理却不一样；前者是由于通过取向作用降低的影响。
第四章成型故障及其解决方法
第三节聚丙烯故障的产生原因及排除方法
一欠注
故障分析及排除方法：
1. 工艺条件控制不当。应适当调整。
2. 注塑机的注射能力小于塑件重量。应换用较大规格的注塑机。
3. 流道和浇口截面太小。应适当加大。
4. 模腔内熔料的流动距离太长或有薄壁部分。应设置冷料穴。
5. 模具排气不良，模腔内的残留空气导致欠注。应改善模具的排气系统。
6. 原料的流动性能太差。应换用流动性能较好的树脂。
7. 料筒温度太低，注射压力不足或补料的注射时间太短也会引起欠注。应相应提高有关工艺参数的
控制量。
二溢料飞边故障分析及排除方法：
1. 合模力不足。应换用规格较大的注塑机。
2. 模具的销孔或导销磨损严重。应采用机加工方法进行修复。
3. 模具的合模面上有异物杂质。应进行清除。
4. 成型模温或注射压力太高。应适当降低。
三表面气孔故障分析及排除方法：
1. 厚壁塑件的模具流道及浇口尺寸较小时容易产生表面气孔。应适当放大流道和浇口尺寸。
2. 塑件壁太厚。在设计时应尽量减少壁厚部分。
3. 成型温度太高或注射压力太低都会导致塑件表面产生气孔。应适当降低成型温度，提高注射压
力。
四流料痕
故障分析及排除方法：
1. 熔料及模温太低。应适当得高料筒和模具温度。
2. 注射速度太慢。应适当加快注射速度。
3. 喷嘴孔径太小。应换用孔径较大的喷嘴。
4. 模具内未设置冷料穴。应增设冷料穴。
五银条丝故障分析及排除方法：
1. 成型原料中水分及易挥发物含量太高。应对原料进行预干燥处理。
2. 模具排气不良。应增加排气孔，改善模具的排气性能。
3. 喷嘴与模具接触不良。应调整两者的位置及几何尺寸。
4. 银条丝总是在一定的部位出现时，应检查对应的模腔表面是否有表面伤痕。如有表面伤痕的复映
现象，应采取机加工方法去除模腔表面伤痕。
5. 不同品种的树脂混合时，会产生银条痕。应防止异种树脂混用。
六熔接痕故障分析及排除方法：
1. 熔料及模具温度太低。应提高料筒及模具温度。
2. 浇口位置设置不合理。应改变浇口位置。
3. 原料中易挥发物含量太高或模具排气不良。应除去原料内的易挥发物质及改善模具的排气系统。
4. 注射速度太慢。应适当加快。
5. 模具内未设置冷料穴。应增设冷料穴。
6. 模腔表面有异物杂质。应进行清洁处理。
7. 浇注系统设计不合理。应改善浇注系统的充模性能，使熔料在模腔中流动顺畅。
七黑条及烧焦故障分析及排除方法：
1. 注塑机规格太大。应换用规格较小的注塑机。
2. 树脂的流动性能较差。应使用适量的外部润滑剂。
3. 注射压力太高。应适当降低。
4. 模具排气不良。应改善模具的排气系统，增加乔气孔或采用镶嵌结构，以及适当降低合模力。
5. 浇口位置设置不合理。应改变浇口位置，使模腔内的熔料均匀流动。
八气泡故障分析及排除方法：
1. 浇口及流道尺寸太小。应适当加大。
2. 注射压力太低。应适当提高。
3. 原料内水分含量太高。应对原料进行预干燥处理。
4. 塑件的壁厚变化太大。应合理设计塑件的形体结构，避免壁厚急变。
九龟裂及白化故障分析及排除方法：
1. 熔料及模具温度太低。应提高料筒及模具温度。
2. 模具的浇注系统结构设计不合理。应改善模具流道及浇口结构，使熔料在充模时不产生紊流。
3. 冷却时间太短。应适当延长冷却时间。
4. 脱模的顶出装置设计不合理。最好采用气动脱模装置。
5. 注射速度和压力太高。应适当降低。
十弯曲变形故障分析及排除方法：
1. 模具温度太高或冷却不足。应适当降低模具温度或延长冷却时间，对于细长塑件可采取胎具固定
后冷却的方法。
2. 冷却不均匀。应改善模具的冷却系统，保证塑件冷却均匀。
3. 浇口选型不合理。应针对具体情况，选择合理的浇口形式。一般情况下，可采用多点式浇口。
4. 模具偏芯。应进行检查和校正。
十一脱模不良故障分析及排除方法：
1. 注射速度和压力太高。应适当降低。
2. 模具型腔表面光洁度太差。应通过研磨及电镀等方法提高其表面光洁度。
3. 模具温度及冷却条件控制不当。当塑件在模芯处粘模时，应提高模具温度和缩短冷却时间；如果
塑件在型腔表面处粘模时，应降低模具温度和延长冷却时间。
4. 脱模机构的顶出面积太小。应加大顶出面积。
十二收缩变形
故障分析及排除方法：
1. 保压不足。应适当延长补料的注射时间。
2. 注射压力不足。应适当提高。
3. 模具温度太高。应适当降低。
4. 浇口截面积太小。应适当加大。
5. 加工温度太低。应适当提高料筒温度。
十三真空孔
故障分析及排除方法：
1. 保压不足。应适当延长补料的注射时间。
2. 模具温度太低，料筒温度太高。应适当提高模具温度，降低料筒温度。
3. 注射压力不足。应适当提高。
4. 原料的流动性能太好。应换用熔体指数较低的树脂。
聚合物流变学复习题参考答案
1聚合物流变学复习题参考答案 一、名词解释（任选5小题，每小题2分，共10分）： 1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。 应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。 或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象. 2.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。 2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。 3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。 挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增大膨胀的现象。
4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。 5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。 牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。 6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。 膨胀性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。 7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。 10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。
聚合物流变学复习题参考答案2资料
高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。 应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。 或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象。 2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。 3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。 挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增大膨胀的现象。 4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。 5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。 牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。 6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。 胀塑性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。 7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。 9、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。 或拉伸流动：质点速度仅沿流动方向发生变化的流动。 剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。 10、法向分量：作用力的方向与作用面垂直即称为应力的法向分量。 剪切分量：作用力的方向与作用面平行即称为应力的剪切分量。 11、粘流态：是指高分子材料处于流动温度（T f）和分解温度（T d）之间的一种凝聚态。 12、宾汉流体：在流动前存在一个剪切屈服应力σy。只有当外界施加的应力超过屈服应力才开始流动的流体。 13、稳定流动：流动状态不随时间而变化的流动。 14、零切黏度——剪切速率趋向于零时的熔体黏度，即流动曲线的初始斜率。 15、非牛顿性指数：幂律公式 ? =n s Kγ σ中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，
聚合物的流变性能
第四节聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器某些部位上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 （1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯速降低，这种聚合物称作剪性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了解这一点对注塑有重要意义。 （2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口，剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 （3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定的重要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破裂。 （4）温度对粘度的影响
7.高聚物熔体的流变性质
第一章 高聚物熔体的流变性质 主要内容：（1）液体的流动类型 （2）高分子熔体的流动特征 （3）影响高聚物熔体粘度的因素 （4）高聚物熔体弹性效应的表现 （5）高聚物熔体粘度的测量方法 难点内容：弹性效应的理解 掌握内容：（1）牛顿流体和非牛顿流体的流动特征 （2）高聚物熔体的流动特征及影响流动温度的因素 （3）影响切粘度的结构因素及外在因素 理解内容：（1）高聚物熔体的流动机理 （2）高聚物熔体弹性效应的机理、现象及影响因素 了解内容：（1）高聚物熔体粘度的测量方法 （2）拉伸粘度的基本情况 §8 高聚物的基本流变性质 §8、1流变学的基本概念简介 一、流动的方式 1、速度方向 2、速度梯度方向 剪切流动 a 库爱特（拖流动） b 泊肃叶（压力流） 拉伸流动 速度方向平行速度梯度方向 二.流体的基本类型 γγ ? ==?=?=dt d dt dy dx dy dt dx dY dv 11 (1) 牛顿流体 στ=η·γ (η为常数) 熔体结构不变 (2) 非牛顿流体 表观粘度ηa = γ τ σ?
a. 胀塑流体 n k a γ γηστ? ? ==? γ↑ ηa b. 假塑性流体 στ=ηa γn (n<1) γ↑.ηa ↓ (剪切变稀) c. στ=σb + k γn 三.假塑性流体的基本特性 习题 1.名词解释 牛顿流体 非牛顿流体 假塑性流体 胀塑性流体 Bingham 流体 零切粘度 表观粘度 熔融指数 第一法向应力差 挤出胀大 真实粘度 2.大分子流动是如何实现的？ 3.大分子流动的基本特征是什么？ 4.流体流动的基本类型有哪些？分别用τ－γ、η－γ、lg τ－lg γ、lg η－lg γ曲线示意图。 5.分析假塑性流体流动的η－γ曲线，并从分子运动论的角度给予解释。
聚合物流变学
6流变学方法在聚合物研究中的应用 6.1 测量分子量及其分布的流变学方法 分子量(MW)和分子量分布(MWD)在确定聚合物的物理性质时起了很重要的作用，因此得到聚合物的分子量和分子量分布对聚合物工业是必不可少的。如果已知某种可测量的物理性质对分子量的依赖性，原则上就可以通过测量这种物理性质来确定分子量。而且对分子量的依赖性越强，确定分子量的敏感度就越高。通常所采用的确定聚合物分子量及其分布的方法有凝胶渗透色谱法(GPC)、光散射和本征粘度法等。表6-1列出了几种常用方法对分子量的依赖性及敏感度(Mead 1994)。虽然这些方法(如GPC)得到了广泛的应用，但是实验中样品的准备时间和测试时间使它们不适用于在线过程控制，而且要求所测试的聚合物能在室温下很容易地溶解于溶剂中，但是许多工业上大量应用的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和含氟聚合物(聚四氟乙烯)等，在室温下可能只能部分地溶解于普通的溶剂。有时即使传统的方法可行，这些方法的灵敏度和精度都不高，特别是对于分子量分布有高分子量尾部的样品，而高分子量尾部对聚合物加工性能的表征有很大影响。鉴于传统方法的不足，又由于聚合物的分子量及其分布与聚合物的粘弹性质有密切的关系，因此就有了利用聚合物粘弹性质来确定分子量分布的流变学方法。与传统的方法相比，流变学方法可以作到快速测量，而且不需要溶剂来溶解聚合物，因而从理论上将对任何聚合物都适用。流变学方法的另一个优点就是对高分子量尾部的灵敏度高。 表6-1 用分子量区别线性柔性聚合物的各种方法的分子量标度 方法 对分子量的 依赖性关系 对分子量的 敏感度关系 其它 GPC M1/2 M-1/2 排除体积 对高分子量部分不敏感 本征粘度 M0.6 M-0.4 流体体积法 对高分子量部分不敏感 光散射 M1M0 对高分子量部分敏感 渗透压 M-1 M-2 对低分子量聚合物的数均分子量较准 零剪切粘度 M3.4 M2.4 适用于具有类似分布形状的体系 可回复柔量 (M z/M w)~3.5 … 反映了分子量分布的分散性 对分子量绝对值不敏感 分子量对聚合物粘度的影响取决于分子量的大小：当分子量小于缠结分子量 e M时，零剪切粘度与分子量是一次方关系；当分子量大于缠结分子量时，零剪切粘度与分子量呈 3.4次方关系。分子量分布对动态粘度和动态模量的影响可以从图6-1看出。在低频范围 内，弹性模量随着分子量分布变窄而降低，这表明平衡可恢复柔量0 e J对分子量多分散性的依赖。在高频范围内，分子量分布的变宽对粘度有两个显著的影响：剪切变稀行为开始出现的频率更低；从牛顿区到指数定律区的转变过程变长。动态模量也有同样的表现：幅度
流变学在聚合物研究中的应用
流变学在聚合物研究中的应用 概述 高分子熔体的流变行为是由其长链分子的拓扑结构决定的。当高分子主链上引入一定数量和长度的支链后，其粘弹性质与线形高分子会有明显不同。长链支化聚合物剪切条件下会表现出与线形高分子类似的应变软化，但由于支链的限制将有更长的末端松弛时间,并在拉伸条件下表现出与线形高分子完全不同的应变硬化松弛过程。支化对聚合物粘弹性质的影响，无论对工业界还是科学研究都是一个十分重要和基础的课题。近年来的一系列研究表明：一方面通过引入相同或相似结构单元的长支链可以明显提高聚合物的熔体强度(这对于熔融纺丝、吹膜等熔体拉伸加工过程是十分有利的)；另一方面也可以通过含有特征官能团支链的引入对聚合物进行改性，提高其光学、热学和力学性能。目前，随着控制聚合反应和机理研究的进一步深入，人们已能够直接得到各种具有明确拓扑结构的支化聚合物,如梳形[1]、星形、H形聚合物[2]等,这对支化聚合物流变学的深入研究与探索起了极大的推动作用。 与线形高分子不同,支化高分子熔体是热流变复杂的,其流变学特性主要表现在: (1)支化减小了高分子的流体力学体积,降低了零切粘度,支链松弛过程的加入使得整个高分子的末端松弛时间延长; (2)长链支化聚合物在拉伸过程中会表现出明显的应变硬化,并使得时- 温叠加原理不再有效; (3)支化高分子的拓扑结构对其整个松弛过程有显著的影响,支化密度和支链长度存在临界值,超过此临界值,支链松弛过程将会清晰地反映在动态粘弹谱上; (4)支化聚合物流变行为的温度依赖性是复杂的,多数支化聚合物的流变行为比相应线形聚合物有更强的温度依赖性,但也有一些支化聚合物和其相应线形高分子具有同样的温度依赖性,如聚异丁烯。 本文简介流变学在不同聚合物研究中的应用，并对流变学的发展方向做了展望。 1、流变学在聚乙烯研究中的应用 聚乙烯基本分为三大类,即低密度聚乙烯(LDPE)!高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)，三种聚乙烯分子结构见图如下
聚合物流变学
聚合物流变学的学习与心得体会 通过一学期的聚合物流变学的学习，使我对其有了初步的了解。现在针对 平时学习笔记和课后浏览相关书籍所获知识进行总结。 1、 聚合物流变学学习内容 1. 流变学中的基本概念 流变学是研究材料的流动和变形规律的科学，是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。聚合物随其分子结构、分子量的不同，以 及所处温度的不同，可以是流体或固体，它们的流动和变形规律各不相同，也 即有不同的流变性能。聚合物流变学是研究聚合物及其熔体的变形和流动特性。 1.1 粘弹性流体特性及材料流变学分类 粘性流体的流动是：变形的时间依赖性；变形不可恢复（外力作的功转化为热能）；变形大，力与变形速率成正比，符合Newton's 流动定律。 根据经典流体力学理论，不可压缩理想流体的流动为纯粘性流动，在很小的剪切应力作用下流动立即发生，外力释去后，流动立即停止，但粘性形变不 可恢复。切变速率不大时，切应力与切边速率呈线性关系，遵循牛顿粘性定律， 且应力与应变本身无关。 流体→流动→粘性→耗散能量→产生永久变形→无记忆效应 根据经典固体力学理论，在极限应力范围内，各向同性的理想弹性固体的形变为瞬时间发生的可逆形变。应力与应变呈线性关系，服从胡克弹性定律， 且应力与应变速率无关。 固体→变形→弹性→储存能量→变形可以恢复 聚合物流动时所表现的粘弹性，即有粘性流动又有弹性变形，与通常所说 的理想固体的弹性和理想液体的粘性大不相同，也不是二者的简单组合。 材料流变学分类 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用金属隔板进行隔开处理；同一线槽内强电回路须同时切断习题电源，线缆敷设完毕，要进行检查和检测处理。、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调试人员，需要在事前掌握图纸资料、设备制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料，并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况 ，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。 、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指发电机一变压器组在发生内部故障时，需要进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。
聚合物流变学复习题参考答案2
聚合物流变学复习题参考答 案2 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。 应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。 或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象。 2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。 3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。 挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增大膨胀的现象。 4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。 5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。 牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。 6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。 胀塑性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。 7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。 9、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。 或拉伸流动：质点速度仅沿流动方向发生变化的流动。 剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。 10、法向分量：作用力的方向与作用面垂直即称为应力的法向分量。
聚合物的流变性
第9章聚合物的流变性 流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。 9.1牛顿流体与非牛顿流体 9.1.1非牛顿流体 描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。 式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)； ——剪切速率，单位：s-1； ——剪切粘度，单位：牛顿?秒/米2(N?s/㎡)，即帕斯卡?秒(Pa?s)。 非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。包括： １、假塑性流体(切力变稀体) η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体 ２、膨胀性流体(切力变稠体) η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。 ３、宾汉流体。τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。 按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为： （1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。 （2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。 牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述： 式中：K为稠度系数 n：流动指数或非牛顿指数
n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。 定义表观粘度 9.2聚合物的粘性流动 9.2.1聚合物流动曲线 聚合物的流动曲线可分为三个主要区域： 图9-1 聚合物流动曲线 １、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。 该区的粘度通常称为零切粘度，即的粘度。 ２、假塑性区(非牛顿区) 流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。 通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。 ３、第二牛顿区 在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。 从聚合物流动曲线，可求得ηo、η∞和ηa。 聚合物流体假塑性行为通常可作下列解释： １、从大分子构象发生变化解释； ２、从柔性长链分子之间的缠结解释； 9.2.2聚合物流体流变性质的测定方法 测定粘度主要方法：落球粘度计法、毛细管粘度计法、同轴圆筒转动粘度计法和锥板转动粘度计法。
聚合物流变性能测试
聚合物流变性能测试-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线（σ-γ曲线）转换为其他形式流动曲线（lg σ-lgγ）、（lgη-lgγ）的方法。 3、掌握非牛顿指数n的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。 二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率γ：10-2～105s-1 )。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器：德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料：PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下 第一组：PE，170℃，175℃，180℃，185℃。 第二组：PE，185℃，190℃，195℃，200℃。 第三组：PP，190℃，195℃，200℃，205℃。 第四组：PP，205℃，210℃，215℃，220℃。 五、操作步骤 1、开机 打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“Refere nce drive”； 2) 点击“Reference drive”进入操作界面。 2、程序设定 包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置， 3、测试膛升温 编辑测试程序后，点击“parameter send”，开始升温，待温度达到测试温度并恒温10-15分钟； 4、毛细管安装 安装毛细管过程中，毛细管上的销钉必须在上方，安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧，再退回2圈，等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧，扭矩扳手扭矩值设定为60N·m，PVT测试时设定为80 N.m； 5、压力传感器安装
聚合物流变学习题库
1. 一个纸杯装满水置于桌面上，用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出， 杯子仍位于桌面不动。如果杯里装的是高聚物溶液，这次子弹把杯子打出8米远，解释之。 答：低分子液体如水的松弛时间是非常短的，它比子弹穿过杯子的时间还要短，因而虽然子弹穿过水那一瞬间有黏性摩擦，但它不足以带走杯子。 高分子溶液的松弛时间比水大几个数量级，即聚合物分子链来不及响应，所以子弹将它的动量转换给这个“子弹－液体－杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。 2. 已知增塑PVC 的Tg 为338K ，Tf 为418K ，流动活化能 ，433K 时的粘度为5Pa. s 。求此增塑PVC 在338K 和473K 时的粘度各为多大？ 答：在 围，用WLF 经验方程计算 又因为473K>Tf ，故用Arrhenius 公式计算， 或 3. 溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高 而升高，怎样理解？ 答：在常温下，线团密度很大时，随温度升高，线团趋向松解，粘度增高。 在良溶剂中线团密度已经很小，随着温度的升高，线团密度变化不大，粘度降低。 4. 为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型? 分子量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提高，粘度比窄分布的试样低。 5. 为什么高分子熔体的表观粘度小于其真实粘度？ 6. 不受外力作用时橡皮筋受热伸长；在恒定外力作用下，受热收缩，试用高弹性热力学理论解释. 答：（1）不受外力作用，橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分子的热运动。 （2）恒定外力下，受热收缩。分子链被伸长后倾向于收缩卷曲，加热有利于分子运动，从而利于收缩。其弹性主要是由熵变引起的，Tds fdl =-中，f ＝定值，所以，0dl T ds f =-< 即收缩，而且随T 增加，收缩增加。 7、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？ 解：橡胶在力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。 9. 今有B-S-B 型、S-B-S 型及S-I-S 型、I-S-I 型四种嵌段共聚物, 其中哪些可作热塑性橡胶，为什么? (B 代表丁二烯，I 代表异戊二烯) 答：只有S-B-S 和S-I-S 两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶，其余两种不行。因为S-B-S 和S-I-S 的软段在中间，软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于用化学键交联的橡胶，形成了对弹性有贡献的有效链——网链。而B-S-B 和I-S-I 软段在两端，硬段在中间。软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的端链，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以，这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。 10. 按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越131.8-?=?mol kJ E ηC T T g g 100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηs Pa g T ?=∴1210ηRT E e /0ηηη?=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=????=ηηs Pa ?=?=∴1.48226.05)473(η
聚合物流变性能测试
聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25 型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线（（T - Y曲线）转换为其他形式流动曲线（lg （T -lg Y）' （lg n -lg Y）的方法。 3、掌握非牛顿指数n 的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius 方程计算粘流活化能E n 的方法。 二、RHEOGRAPH25 型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽（剪切速率丫：10-2?105S-1 ）。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P,由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力T 和剪切速率Y 与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器：德国高特福RH25 型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料：PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下 第一组：PE,170C,175C,180 C,185 C。 第二组：PE,185C,190C,195 C,200 C。 第三组：PP,190 C,195 C,200 C,205 C。 第四组：PP,205 C,210 C,215 C,220 C。 五、操作步骤 1 、开机打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“ Reference drive；”2）点击“ Referenee drive进入操作界面。 2、程序设定包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置， 3、测试膛升温 编辑测试程序后，点击“ parameter send,'开始升温，待温度达到测试温度并恒温10-15分钟； 4、毛细管安装 安装毛细管过程中, 毛细管上的销钉必须在上方, 安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧, 再退回2圈，等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧，扭矩扳手扭矩值设定为60N?m, PVT测试时设定为80 N.m ； 5、压力传感器安装 选择合适的压力传感器,涂抹抗磨糊后小心插入压力传感器孔,用扳手拧紧后再退回2圈, 等候5-10分钟待温度均匀后再拧紧,插上连接线； 6、校准零点 当插接上力传感器连接线时, 仪器显示屏会自动弹出校准界面, 进行传感器零点校准, 或者点击“service ”一" calibrate行校准； 7、加料
聚合物的流变性能
聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器 某些部位 上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度 的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切 的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型 流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 （1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切 速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯 速降低，这种聚合物称作剪 性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物 剪切变稀程度是不同的，了 解这一点对注塑有重要意义。 （2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀 效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温 度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹 性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流 道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要 收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口， 剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模 膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀 效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 （3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢 复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开 且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三 个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持 恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提 高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定 要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破 裂。 4）温度对粘度的影响 粘度依赖于温度的机理是分子链和“自由体积”与温度之间存在着关联。当在玻璃化温度以 下时，自由体积保持恒定，体积随温度增长而大分子链开始振动。当温度超过玻璃化温度时，大 链段开始移动，链段之间的自由体积增加，链段与链段之间作用力减小，粘度下降。不同的聚合 物粘度对温度的敏感性有所不同。 （5）压力对粘度的影响 聚合物熔体在注塑时，无论是预塑阶段，还是注射阶段，熔体都要经受内部静压力和外部动 压力的联合作用。保压补料阶段聚合物一般要经受 1500~2000kgf/cm2 压力作用，精密成型可高达 4000kgf/cm2, 在如此高的压力下，分子链段间的自由体积要受到压缩。由于分子链间自由体积减 小，大分第四节 的重
聚合物流变学第三章
第四章 高分子流变本构方程的分子理论 采用分子论方法研究高分子液体的流变性质，首先要抓住高分子材料是由一些长度不同的链组成，每根链又由一系列单体单元构成的事实，研究分子链的结构细节、分子链构象及运动特性对材料流变性质的影响，阐明材料在链段和分子链层次的结构参数与材料流变特性的内在联系。 根据研究的材料对象不同，分子论路线对高分子稀溶液、亚浓溶液及浓厚体系（浓溶液及熔体）分别有不同的模型和处理方法。 所谓稀溶液，指溶液中各个分子链线团及其所属的流体力学体积（排除体积）相互无重迭，不发生作用。主要研究一条孤立链的粘弹性理论。研究结果已相当成功。 所谓浓厚体系，指分子链之间已发生聚集和相互作用，最典型的为发生了分子链间的缠结（entanglement coupling ）。由于缠结的本质至今尚不明确，为研究带来很大困难。de Gennes 和Doi-Edwards 等人分别建立了“蠕动模型”和“管道模型”，将多链体系简化为一条受到约束的单链体系，从而使问题的处理得以简化，得到了很有价值的结果。目前国际上对高分子链的缠结多用“蠕动模型”加以处理，已应用于诸如流动、扩散、弛豫、熔体结晶、相分离动力学等问题。 1． 高分子稀溶液和浓厚体系 按照现代高分子凝聚态物理的观点，高分子液体可以按照浓度大小及分子链形态的不同分为以下几种状态：高分子极稀溶液、稀溶液、亚浓溶液、浓溶液、极浓溶液和熔体（见图4-1）。 高分子极稀溶液 → 稀溶液 → 亚浓溶液 → 浓溶液 → 极浓溶液和熔体 分界浓度： s C *C e C **C 浓度范围： ～10-2% ～10-1% ～0.5-10% ～10 图4-1 高分子溶液及其分界浓度 接触浓度*c ：稀溶液和亚浓溶液的分界浓度； 缠结浓度e c ：亚浓溶液和浓溶液的分界浓度； 动态接触浓度s c ：极稀溶液和稀溶液间的分界浓度。
聚合物流变学全套公式
1克罗内克尔符号 九个分量 2、哈密顿算符 用于矢量运算时 3、应力张量 应力张量是应力状态的数学表示。数学上应力为二阶张量，三维空间中需九个分量（三个正应力分量和六个剪应力分量）来确定。 用应力张量形式表示为 其中， 第一个下标表示力的作用面的法线方向，第二个下标表示力作用的方向，如σxy 表示作用在与x 垂直的平面上的应力分量，方向指向y 。当i=j 时，表示应力方向与外法线方向相同，称为应力张量的法向分量， σxx σyy σzz 分别垂直于与x 、y 、z 垂直的平面上。当i≠j 时，表示应力分量作用在相应面的切线方向上，称为剪切分量，如σxy σyz σzx 。 按照Caucky 应力定律，在平衡时物体受的合外力和合外力矩等于0，所以平衡时应力张量为对称张量，只有6个独立分量。三个法向应力分量和三个剪切应力分量。 1()0()ij i j i j e e i j δ=?==?≠? 111213212223313233100010001δδδδδδδδδ????????=???? ???????? 123123i i e e e e x x x x ?????=++=???? i i i i e x ?=???=? 其中，0lim s F s δδσδ→=xx xy xz yx yy yz zx zy zz σσσσσσσσσ??????????......xx xy xz yy yz zz σσσσσσ????????? ?
4、全导数形式的连续性方程 5、 为全微分-偏微分关系算符,也叫实质微分算符. 其中, 左边表示的函数称:随体导数,指物理量随着流体质元一起运动时所发生的变化率,或者是当流体的微元体积上的一点在dt 时间内从进入微元体积的空间位置(x,y,z)移动到离开微元体积的的空间位置(x+dx,y+dy,z+dz)时,物理量随时间的变化率. 它由两部分组成,一是物理量的局部变化,即在空间一个固定点上随时间的变化,由场的不稳定性引起;二是物理量的对流变化,即由于流体质点的运动,从一点转移到另一点时所发生的变化,由空间位置变化引起的变化,为对流导数,由场的不均匀性引起. 适用于牛顿或非牛顿\可压缩或不可压缩流体 6、动量方程 其他形式的动量方程 （1） （2） ....d V V V V divV dt ρρρρρρ=-?-?+?=-?=- 流体的质量散度，反映了流动场中某一瞬间区的流量发散程度 (410) x y z D v v v Dt t x y z ????=+++-????.(228)dv g dt ρσρ=?+-.()..(229)dv P g dt P g gradP div g ρδτρδτρτρ=?-++=-?+?+=-++-yx x xx zx x dv P g dt x x y z τττρρ??????=-++++ ??????? y xy yy zy y dv P g dt y x y z τττρρ??????=-++++ ??????? yz xz z zz z dv P g dt z x y z τττρρ??????=-++++ ???????
聚合物流变学导论
聚合物流变学导论 Polymer Rheology Heraclitus (赫拉克利特, 纪元前五世纪的希腊哲学家) “Everything Flows” (万物皆流)
Rheology?“Rheo”在希腊语里是流动的意思。 Rheology is “the study of the flow and deformation of all forms of matter.” E. C. Bingham, M. Reiner April, 29, 1929
Rheology,a branch of mechanics,is the study of those properties of materials which determine their response to mechanical force.The word rheology was coined in the1920‘s to represent the science of the deformation and flow of matter.
flow:当变形的程度随时间而连续变化 时，就成为流动。 Isaac Newton(1643-1727) 流动?液体?粘性?耗散能量?产生永 久变形?无记忆效应?Newton’s 定律?时间过程 σ=η 0&γ Robert Hooke(1635-1703) deformation:是指施加适当的力系于 物质上而使其形状或大小发生变 化。 变形?固体?弹性?储存能量?形变可 以恢复?有记忆效应?Hooke’s 定律?瞬时响应 σ=Eε
聚合物流变学
1 导言 1.1 流变学的定义 术语“流变学”（英文为RHEOLOGY）是由美国物理学家宾汉（E. C. Bingham）于1929年创造出来的，其定义为“流变学是研究物质形变和流动的科学”。尽管流变学一词作为一门学科出现，只有半个世纪的历史，但流变学思想的起源却可追溯到17世纪的Newton（牛顿流体）和Hooke（胡克定律）。经过众多科学家和学者的不懈努力，时至今日，流变学已发展成为一门与物理、化学、生物、材料、工程以及食品等多学科交叉的重要学科。 1.2 流变学的研究对象和内容 狭义流变学研究的对象主要是非牛顿流体，即复杂流体（USA）或称软物质（Euro）。 研究的内容是复杂流体的形变和流动。 1.3 流变学的分类 从研究方法上流变学可分为两种。 一种是将材料当作连续介质处理，用连续介质力学的数学方法进行研究，称为连续介质流变学。由于这种研究方法不考虑物质内部结构，因此又称为宏观流变学或唯象流变学。 另一种是从物质结构的观点出发，研究材料流变性与物质结构（包括化学结构、物理结构和形态结构）的关系，称为结构流变学，还可称为分子流变学或微观流变学。 按研究对象又可分为聚合物流变学、食品流变学、化妆品流变学、血液流变学、石油流变学、矿山流变学等。 1.4 聚合物流变学 研究对象：聚合物溶液、聚合物熔体和聚合物基复合体系。 流变学是聚合物加工成型的基础，流变学测试是聚合物表征的一种重要手段。 1.5 本课程的主要内容 流变学的数学基础（张量分析初步）和唯象流变学的理论基础（连续介质力学引论）流变测量学（流变学参数、流变仪、测试模式和数据处理） 本构方程（描述应力与应变关系的经验方程和力学模型） 聚合物共混体系的流变学（相容、部分相容和不相容共混体系的粘弹性） 聚合物复合体系的流变学 流变学在聚合物研究中的应用（分子量、接枝率、相容性、相图、相形态、相反转、相分离动力学） 聚合物结构流变模型（Rouse Model、Doi-Edwards Model、Reptation Model）