表观粘度和剪切速率的关系第一牛顿区幂律区（假塑区）第二牛顿区η0η∞第31页，共76页，星期日，2025年，2月5日缠结理论解释第一牛顿区：低剪切速率时，缠结与解缠结速率处于一个动态平衡，表观粘度保持恒定，定为η0，称零切粘度，类似牛顿流体。幂律区：剪切速率升高到一定值，解缠结速度快，再缠结速度慢，流体表观粘度随剪切速率增加而减小，即剪切稀化，呈假塑性行为。第二牛顿区：剪切速率很高时，缠结遭破坏，再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再次维持恒定，定为η∞，称牛顿极限粘度，又类似牛顿流体行为。第32页，共76页，星期日，2025年，2月5日三、非牛顿流体的特性1.爬杆现象在盛有聚合物流体的烧杯里旋转一根棒，液面呈现凸形。它是由被拉伸了的大分子链所引起的法向应力差造成的。锥板流变仪的工作原理与此相关。2.出口胀大当聚合物熔体从口模中挤出时，挤出物的截面尺寸往往大于口模尺寸。这是被拉伸了的大分子链的记忆特性所引起的。与挤出模具的设计有关。第33页，共76页，星期日，2025年，2月5日3.入口效应聚合物从大直径料筒进入小直径口模时，会产生很大的压力降，此现象称为入口效应。这主要是由于聚合物熔体在入口处产生弹性变形，因弹性能量的储蓄所造成的能量消耗。4.熔体破裂聚合物经口模挤出成型时，随着剪切速率的逐渐增加，挤出物表面逐渐粗糙，甚至断裂成碎片或柱段的现象称为熔体破裂。这主要是由于聚合物熔体流动时在口模壁上滑移和口模对挤出物产生周期性拉伸作用。第34页，共76页，星期日，2025年，2月5日5.二次流动当聚合物流体在一椭圆形截面的管子中流动时，除了轴向流动外，有可能出现对称于椭圆两轴线的环流。它是由第二法向应力差所引起，与大分子链被拉伸的程度相关。6.应力过冲与应力松弛对聚合物流体突然加上一个剪切速率，其剪切应力先趋向一个最大值，然后再减小至它的稳定值。在稳定情况下突然停止流动，聚合物流体的应力不会立即等于零，而是有一个应力松弛过程。第35页，共76页，星期日，2025年，2月5日7.湍流减阻与渗流增阻高分子量的聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺的稀溶液具有湍流减阻作用。这是由于亲水高分子链在水溶液中有很大的流体动力学体积，从而减小了湍流强度。当聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺的稀溶液流经多孔介质时，渗流可使亲水高分子链经历拉伸流动，产生较大的粘度，从而起到了阻流的作用。8.无管虹吸将一根管子插入盛有粘弹性流体的容器中，并将流体吸入管中。在流动过程中，将管子慢慢地从容器中提起，当管子离开液面后，仍然有液体流入管子。第36页，共76页，星期日，2025年，2月5日9.触变与震凝某些非牛顿流体的粘度不仅倚赖于剪切速率，而且倚赖于剪切作用的持续时间。如果剪切速率不变，流体粘度随时间的增加而减小，称为触变流体；反之，在恒定剪切速率下，流体的粘度随着时间的增加而增加，称为震凝流体。上述例子中所呈现的各种流动行为都与聚合物的流变特性相关，需要有相关的流变模型来描述。这类模型被称为聚合物本构模型，其数学方程叫做本构方程。换而言之，聚合物本构方程就是聚合物对所受力的力学响应的数学描述。第37页，共76页，星期日，2025年，2月5日第二节聚合物熔体剪切粘度的影响因素一、剪切速率的影响聚合物熔体的粘度随剪切速率的增加而下降。对剪切速率敏感性大的塑料，可采用提高剪切速率的方法来降低熔体粘度。二、温度的影响聚合物熔体的粘度随温度的升高而下降。对粘流活化能大的塑料，可采用提高温度的方法来提高成型加工的流动性。第38页，共76页，星期日，2025年，2月5日切敏材料和温敏材料 lnηa=lnA+ΔEη/RT刚性链，ΔEη粘流活化能大，粘度对温度敏感刚性链——温敏如PC,PMMA升温柔性链，ΔEη-粘流活化能小，粘度对温度不敏感，对切变速率敏感。柔性链——切敏如PE,POM提速第39页，共76页，星期日，2025年，2月5日ArrheniusEquation阿累尼乌斯方程：温度对粘度的影响ηa=AeΔEη/RT当TTg+100ΔEη：粘流活化能粘流活化能与分子链的柔顺性有关，一般刚性链的粘流活化能ΔEη高。为什么分子量较高时，ΔEη与分子量无关？当温度在TgTTg+100℃时，用WLF方程计算温度对粘度的影响。ηTTη第40页，共76页，星期日，2