流变学基础及应用课件.ppt

流变学基础及应用讨论扬子石化研究院 塑料中心 柯卓 流变学的研究内容 流变学的研究内容 高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学） 高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的联系。 高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学） 主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析，多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。 流变学基础 低分子物质：分子通过分子间的孔穴相继向某一 方向移动（外力作用方向），形成液体宏观流动现象（牛顿流动） 纯液体和多数低分子溶液在层流条件下剪切应力Ｓ与剪切速度Ｄ成正比，称这牛顿粘度定律，遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonian fluid）。粘度与剪切速度无关。 高分子的流动：不是简单的整条分子链的跃迁，是通过链段的相继跃迁来实现，即通过链段的逐步位移完成整条大分子链的位移形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动（非牛顿流动） 大多数液体如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固－液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，称之为非牛顿流体，此各物质的流动现象称为非牛顿流动。根据流动曲线的类型把非牛顿流动分为假塑性流动和胀性流动等。 流变学基础 聚合物粘性流动时的形变 流变学基础 流变学基础 流变学基础 流变学基础 流变学基础 流变学基础 流变学基础 流变仪 流变仪 流变仪 流变仪 流变仪 流变仪 流变仪 旋转流变仪的应用 旋转流变仪的应用 旋转流变仪的应用 旋转流变仪的应用 旋转流变仪/毛细管流变仪的应用 分子量分布最敏感，对分子量不敏感 …. (Mz/Mw)3.5 回复柔量 高分子量区域灵敏度最高 M 2.4 M 3.4 零剪切粘度 低分子量的数均分子量较好 M-2 M-1 渗透压 高分子量区域敏感 M0 M1 光散射 高分子量区域稀溶液理论很难成立 M-0.4 M 0.6 本征粘度 高分子量区域尺寸效应不明显 M-0.5 M 0.5 GPC 特点 灵敏度 依存性 测试方法 不同分子量测定方法的比较 J.Rheol. 38(6), 1797(1994) 聚合物重均分子量和分子量分布定性判断及定量表征 旋转流变仪的应用 HDPE MWD=2 Mw=1X105 -1X107 at 190C 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 Freq [rad/s] Eta* ( ) [P] MWD=2 Mw inceasing from 1e5 to 1e7 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Mw [g/mol] w(m)*Mw ( ) [ ] Synthesized MWD PS MWD=2 Mw=1X104 – 1X106 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 Freq [rad/s] Eta* ( ) [P] 1700.0 10 4 10 5 10 6 10 7 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Mw [g/mol] w(m)*Mw ( ) [ ] 聚合物重均分子量和分子量分布定性判断 旋转流变仪的应用 Synthesized MWD PS MWD=2 Mw=1X104 – 1X106 10 -6 10 -5 10 -4 10 -3 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 Freq [rad/s] G ( ) G ( ) 1700.0 10 4 10 5 10 6 10 7 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Mw [g/mol] w(m)*Mw ( ) [ ] 在分子量分布相同的情况下，聚合物的零切粘度随分子量的增加而增加，其储能模量和损耗模量也随分子量的增加而增加。 聚合物重均分子量和分子量分布定性判断 旋转流变仪的应用 Sy