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1、第二章基本物理量和高分子液体的基本流变性质第1页，此课件共33页哦基本概念基本概念流变学流变学变形变形 流动流动 应力与应变的关系应力与应变的关系 应力与应变速率的关系应力与应变速率的关系 第2页，此课件共33页哦想象一个放置在固定面上的类似橡胶状材料的立方体想象一个放置在固定面上的类似橡胶状材料的立方体H剪切应变变形剪切应变变形第3页，此课件共33页哦剪切应变变形剪切应变变形在上端面施加一个力，该力就产生一个形变在上端面施加一个力，该力就产生一个形变Force,F第4页，此课件共33页哦在上端面施加一个力，该力就产生一个形变在上端面施加一个力，该力就产生一个形变Force,F剪切应变变形剪切
2、应变变形第5页，此课件共33页哦在上端面施加一个力，该力就产生一个形变在上端面施加一个力，该力就产生一个形变Force,F剪切应变变形剪切应变变形第6页，此课件共33页哦在上端面施加一个力，该力就产生一个形变在上端面施加一个力，该力就产生一个形变Force,Fdu（剪切应变）（剪切应变）Shear Strain=du/hh剪切应变变形剪切应变变形第7页，此课件共33页哦剪切应变通常简称为应变剪切应变通常简称为应变应变没有单位。应变没有单位。采用应变的原因是它与几何形状无关采用应变的原因是它与几何形状无关应变=位移 间隙剪切应变变形剪切应变变形第8页，此课件共33页哦Force,Fh如果立方体是
3、粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一个恒定的流动而不是一个形变这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系粘性流动第9页，此课件共33页哦Force,Fh如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一个恒定的流动而不是一个形变个恒定的流动而不是一个形变这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系Constant velocity,v粘性流动第10页，此课件共33页哦Force,FhConstant velocity,v如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到如果立方体是粘性液体
4、，当我们施加一个力时，我们就得到一个恒定的流动而不是一个形变一个恒定的流动而不是一个形变这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系粘性流动第11页，此课件共33页哦Force,FhConstant velocity,v如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一个恒定的流动而不是一个形变个恒定的流动而不是一个形变这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系粘性流动第12页，此课件共33页哦如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一如果立方
5、体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就得到一个恒定的流动而不是一个形变个恒定的流动而不是一个形变这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系Force,FhConstant velocity,v粘性流动第13页，此课件共33页哦剪切速率应变（应变（STRAIN ）的变化速率称为剪切应变速率）的变化速率称为剪切应变速率（shear strain rate）或剪切速率（或剪切速率（SHEAR RATE）因为应变（因为应变（strain）没有单位，所以剪切速率的单位没有单位，所以剪切速率的单位是是1/1/秒秒 (S-1)剪切速率剪切速率 =d 应变应变 d
6、时间时间粘性流动第14页，此课件共33页哦剪切应力施加在单位面积上的力称为剪切应力 力 =N 面积 m21 N/m2 =1 Pa第15页，此课件共33页哦剪切粘度剪切剪切粘度粘度 =剪切剪切应力应力剪切剪切速率速率剪切粘度的单位剪切粘度的单位:Pa:Pa s s或或第16页，此课件共33页哦牛顿流体高分子流体根据其流动特点可分为以下几类：高分子流体根据其流动特点可分为以下几类：牛顿流体牛顿流体宾汉流体宾汉流体假塑性流体假塑性流体胀流性流体胀流性流体4.非牛顿型流体的分类非牛顿型流体的分类第17页，此课件共33页哦剪切应力与剪切速率呈直线关系。剪切应力与剪切速率呈直线关系。事实上，真正属于流体的
7、只是低分子化合物的液体或溶事实上，真正属于流体的只是低分子化合物的液体或溶液液聚合物熔体除偏二氯乙烯氯乙烯共聚物少数几种聚合物熔体除偏二氯乙烯氯乙烯共聚物少数几种与牛顿液体相近以外，绝大数都只能在剪切应力很与牛顿液体相近以外，绝大数都只能在剪切应力很小或很大时表现为牛顿流体。小或很大时表现为牛顿流体。牛顿流体牛顿流体第18页，此课件共33页哦受外力时，在屈服点以前不发生流动，只产生弹性变形，超过受外力时，在屈服点以前不发生流动，只产生弹性变形，超过屈服点后为牛顿型流动屈服点后为牛顿型流动宾汉流体所以有这种形为，是因为流体在静止时形成了凝胶宾汉流体所以有这种形为，是因为流体在静止时形成了凝胶结构
8、，外力超过结构，外力超过 y时这种三维结构即受以破坏。时这种三维结构即受以破坏。牙膏、油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在牙膏、油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。某些高分子填充体系，如炭黑填充聚异丁烯，碳酸钙填充聚乙某些高分子填充体系，如炭黑填充聚异丁烯，碳酸钙填充聚乙烯等，近似属于宾汉流体。烯等，近似属于宾汉流体。宾汉流体宾汉流体第19页，此课件共33页哦这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线是非直线的。流体的
9、表观粘度它所表现的流动曲线是非直线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。随剪切应力的增加而降低。对聚合物熔体来说，造成粘度下降的原因在于其中大分对聚合物熔体来说，造成粘度下降的原因在于其中大分子彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应力时，其缠子彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应力时，其缠结点就会被解开，同时还沿着流动的方向规则排列，因结点就会被解开，同时还沿着流动的方向规则排列，因此就降低了粘度此就降低了粘度假塑性流体假塑性流体式中：式中：K为稠度，为稠度，n为非牛顿指数，为非牛顿指数，n1第20页，此课件共33页哦典型的高分子熔体剪切粘度与剪切速率的关系图：典型的高分子熔体剪切粘度与剪切
10、速率的关系图：第21页，此课件共33页哦第22页，此课件共33页哦第23页，此课件共33页哦它的表观粘度会随剪切应力的增加而上升。它的表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，处于属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流动行为就很接近这较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流动行为就很接近这种流体种流体胀流性流体胀流性流体第24页，此课件共33页哦5.1 温度的影响5.关于剪切粘度的深入讨论关于剪切粘度的深入讨论第25页，此课件共33页哦第26页，此课件共33页哦5.2 剪切速率和剪切应力的影响剪切速率和剪切应力的影响
11、主要表现为剪切变稀效应主要表现为剪切变稀效应但不同材料流动曲线仍有明显的不同，表现在三个方面：但不同材料流动曲线仍有明显的不同，表现在三个方面：零剪切粘度高低不同，对同一种材料而言，主要反映了材料分子零剪切粘度高低不同，对同一种材料而言，主要反映了材料分子量的差别量的差别材料流动性由线性行为转入非线性行为的临界剪切速率不同材料流动性由线性行为转入非线性行为的临界剪切速率不同幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n不同。不同。第27页，此课件共33页哦第28页，此课件共33页哦5.4 压力的影响压力的影响 压力增加，高分子材料内部的自由体积减小，粘度上升。压力增
12、加，高分子材料内部的自由体积减小，粘度上升。第29页，此课件共33页哦5.5 配合剂的影响配合剂的影响填充补强材料：碳酸钙、炭黑、短纤维等，使粘度上升，填充补强材料：碳酸钙、炭黑、短纤维等，使粘度上升，弹性下降，硬度和模量增大，流动性变差。弹性下降，硬度和模量增大，流动性变差。软化增塑剂：各种矿物油等，减弱物料内大分子链间的相软化增塑剂：各种矿物油等，减弱物料内大分子链间的相互牵制，降低粘度。互牵制，降低粘度。第30页，此课件共33页哦6.1 高分子构象改变说高分子构象改变说6.关于关于“剪切变稀剪切变稀”行为的说明行为的说明第31页，此课件共33页哦6.2 类橡胶液体理论类橡胶液体理论第32页，此课件共33页哦7.1 可恢复形变量可恢复形变量Sr可恢复形变量可恢复形变量Sr表征着液体在形变过程中储存弹性能的大表征着液体在形变过程中储存弹性能的大小小永久变形永久变形Si则描述了液体内粘性流动的发展则描述了液体内粘性流动的发展7.高分子液体弹性效应的描述高分子液体弹性效应的描述第33页，此课件共33页哦