《流变培训教程PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流变培训教程PPT（105页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、The world leader in serving science 流变学及其在 材料与化工方面的应用 2 内容简介 流变学介绍 基本概念和定义 流体与变形 粘性、弹性与粘弹性粘度与模量 流变测试 剪切与拉伸 应变控制与应力控制 稳态与动态 蠕变与回复 时间温度叠加 分子量与分子量分布 应用 热塑、热固、溶液、弹性体 3 研究材料的流动与变形 4 流变学在日常工作中无处不在 制造和使用产品 原材料 通过加工（变形） 制品 产品 在外力或变形下使用 性能 流变学是高分子学科的基础 流变学是实验和实践 科学 Newton、Einstein与流变学Rheology 5 流变学使生活更有趣 在我们
2、日常的生活中，通常用“软、硬、刚性、柔性、弹性、 稠、薄、灵活性 ”来描述事物。流变学就是研究“软与硬” 的科学。 流变学应用领域：化妆品、洗涤用品、牙膏、食品、陶瓷浆 料、轮胎 日常生活中不自觉地用到一些“流变”实验手感。 6 固体完全弹性回复 流体完全流动变形 理想流体与固体的行为特点 H:液高 F:施力 t应力: F/A 应变: Dx/H 应变率: d/dt = V/H 粘度: t/ A:施力面积 t应力: F/A 应变: Dx/H G模量: t/ Dx:移动距离 F:施力A:施力面积 H:高度 V:流速 7 常用材料(一般材料)的行为描述 粘弹性体 - 部分回復部份变形 Dx:移动距离
3、 F:施力A:施力面積 H:高度 t应力: F/A 应变: Dx/H 应变率: d/dt = V/H G模量: t/ 部分回复 H粘度: t/ 部分变形 如何描述其行為. 8 G弹性模量(t/0) : 弹性储存能量指标 G”粘性模量(t”/0): 变形消耗能量指标 G*复模量(S(G,G”): 总变形能量指标 tand (G”/G) : 损耗因子 G* G” G弹性储存 变形损耗 总变形能量 tand 损耗因子 粘弹性的定义 9 与时间有关的粘弹性行为 PDMS的固体和液体特性 极短时间 1s 较长时间 24 小时 10 微观世界 : 分子结构的尺寸、温度与时间 松弛时间分布 分子运动 温度变
4、化 侧基运动 主链运动 结晶 融熔流动 t t tgg tg ta tm T T Tgg Tg Ta Tm 11 宏观世界: 应用背景的形变、时间与温度 流动过程 剪切速率 沉淀 (Sediments)10e-6 10e-4 垂挂/流平 (Sagging/Leveling) 10e-2 10e-1 管流 (Pipe Flow)10 1000 混合(Mixing)10 1000 挤出(Extrusion)1 100 化妆品相关 从瓶中倒出(Pouring from a bottle)10e1 10e2 挤牙膏(Extrusion of toothpaste from a tube)10e2 擦护
5、手霜(application of hand lotions/creams)10e2 10e4 涂口红，指甲油(Applying lipstick, nail polish) 10e3 10e4 喷雾(Spraying aerosols)10e3 10e5 粘合过程 粘合 (Tack)10e-2 10e-1 键合(Press Bonding) 10e-1 1 脱粘(Peeling)10e2 10e4 自动脱粘(Auto-debonding)10e-3 10e-2 12 流变学的角色 微观世界与宏观世界的桥梁 分子组成结构 仪器分析 高分子科学 流变学 加工性物性 微观世界 分子量与分子量分布
6、支化与交联 填料与基体材料的相互作用 单相或多相结构 宏观世界 作为以下参数的函数： 应变 (应变率) 温度 时间 (频率) 13 流变学原理简介 t *(t) TimeTime (t) (t) t *(t) TimeTime (t) (t) 将粘弹性行为分割为 完全弹性与完完全变形行为 固体(完全弹性)行为流体(完全变形) 行为 粘弹体行为 t 施加周期性变形 测量周期性应力 t *(t) t “(t) t (t) d 14 平行板夹具 间距可调 推荐0.2 to 2.5 mm (根据样品的粘度) 可弃式平行板夹具 针对热固性材料 齿型平行板 针对易打滑样品 15 锥板/平行板夹具 测量材料
7、范围： 高分子熔体 流体 (悬浮液/乳液) 由锥度固定夹具间距； 在动态应变扫描或稳态应变扫描实验中没有速度的梯度； 等温实验； 16 同心圆筒夹具 材料材料范围： 低粘度流体 有限稳定性的悬浮液 对应力敏感性材料的面积效应 装载过程中的加工历史 17 控制参数 形变 低形变属于线性行为范围 高形变属于非线性行为范围内 温度 频率时间 低频相当于长时间行为 高频相当于短时间行为 测量结果 G G” Tand * 18 典型流变分析图形 Log G, tand G tand 温度 频率 低 高 高 低 运动 小分子 运动 软链段 缠结 分子 运动 自由链段 运动 硬链段 19 时间和温度的影响可
8、互换 Log G, G” G G” Temperature Dynamic Log G(t) G(t) Log Time Steady Log G, G” G G” Log Frequency Dynamic 长时间或低频行为:考虑高温行为 短时间或高频行为:考虑低温行为 20 流变的应用 1. 分子量表征 2. 最灵敏的玻璃化温度Tg的检测工具 3. 测量结晶高分子熔点和结晶度 4. 温度依存性可作为材料鉴定的依据 5. 研究交联的最好方法 6. 建筑材料 7. 食品 8. 涂料 21 零剪切粘度与分子量的关系 22 零剪切粘度法比GPC法更灵敏 23 方法依存性灵敏度特点 GPC M 0.
9、5M-0.5 高分子量区域尺寸效应不明显 本征粘度 M 0.6M-0.4 高分子量区域稀溶液理论很难成立 光散射 M1M0 高分子量区域敏感 渗透压 M-1M-2 低分子量的数均分子量较好 零剪切粘度 M 3.4M 2.4 高分子量区域灵敏度最高 回复柔量 (Mz/Mw)3.5. 分子量分布最敏感，对分子量不敏 感 不同分子量测定方法的比较 J.Rheol. 38(6), 1797(1994) 24 分子量宽度对流变性能的影响 25 支化对流变性能的影响 26 长链支化对流变性能的影响 27 快速质量控制: 交叉点与分子量、分子量分布的关系 28 最灵敏的玻璃化温度Tg的检测工具 玻璃化转变温
10、度是这样一个温度区域，这时刚性的无定形材料获得了足 够的热能，开始启动长程蠕动高分子的主链。 Tg 是一个区域，并非一个单点，在某些情况下DSC难以测量。 Tg 是一个力学松弛现象，与测试频率、升温速率以及热历史有关。 29 为什么 Tg 非常重要？ Tg 指明材料是用作塑料还是橡胶(或纤维)？ 如果 Tg 远低于室温，该高聚物通常用作弹性体； 如果 Tg 远高于室温，该高聚物通常用作塑料； 低于 Tg 时，材料通常很硬，刚度很好，可以经得起载荷或应力。 高于 Tg 时，材料通常很软，柔性很好，可以方便地加工。 30 模量的温度依存性与分子运动 31 频率对温度扫描曲线的影响 32 哪一种材料
11、可以弹得更高？ 33 橡胶轮胎的性能 34 分子量对DMTA图谱的影响 35 从损耗源自Tan d 判断聚酯纤维的优劣 36 DMA 比 DSC更灵敏地测量Tg 回目录 37 6. 流变法是测量结晶高分子熔点和结晶度的最好方法 结晶高分子通常都是部分结晶态，部分无定形态，在无定形区结晶，造 成微观上不均匀。 模量通常与结晶度，结晶的形状及排布有关，而这些通常受热历史的影 响。 38 高聚物弹性模量与分子量、结晶的关系 39 后挤出过程 回目录 40 流变法是测量DSC无法测量的次级转变 (,)的最好方法 次级转变是非常重要的信息，因为它与如下材料特性有关： u 冲击强度 u 吸声减震性能 u
12、气体或液体渗透性 u 湿气和其它添加剂 41 PE (LDPE）的温度谱 42 PE (HDPE）的温度谱 43 PE (LLDPE）的温度谱 44 三种不同 PE 的温度谱比较 45 影响抗冲强度的因素 46 HIPS饮料罐的抗冲性 47 抗冲添加剂的作用 48 ABS的抗冲性 49 次级转变 对冲击强度的影响 材料 峰低于室温 的来源冲击强度 PC是主 链高 Teflon是主 链高 PE是主 链高 PVC是主 链高 PVC+10%增塑剂 否低 PS否低 PS+5%橡胶 是多相体系高 P(cyclo hexyl)MA 是侧 基低 50 温度依存性可作为材料鉴定的依据 每一种高分子材料都有特定
13、的 Tg, Tm 和 次级转变峰。 这些转变的组合或“图谱”就是鉴定材料的“指纹”。 51 PP的温度谱 52 PMMA 的温度谱 53 PPS的温度谱 54 PET的温度谱 55 Mild Seven包装薄膜的温度谱 56 PTFE的温度谱 57 研究交联的最好方法 模量与交联密度有直接的关系. G = 1/3 E = RT/Mc = RT = f/2 CxRT 其中： G: 剪切模量 E: 杨氏模量 : 密度 R: 气体常数 T: 温度 (K) Mc: 交联点间的分子量 : 单位体积内链的摩尔数 Cx: f函数交联摩尔数 摘自 L E Nielsen “Mechanical Propert
14、ies of Polymers and Composites”, page 169, 2nd edition, Marcel Dekker, 1994 58 交联、固化后的效果 59 检测固化过程(最小粘度、凝胶点) 60 准确测定凝胶点：多波模式损耗因子曲线的交叉点 61 一种热固性树脂固化的周期 (固化过程中施加一定的压力，降低气泡成核) 62 水汽对环氧固化的影响 63 粘度与温度的依存性可作为判断优劣的根据 64 配方优化 65 添加硬脂酸锌降低注射时树脂粘度，但不影响固化时间 66 工艺条件优化 67 建筑材料 68 特殊夹具设计 69 屈服应力的测量 70 结构破坏后的回复 71 Vw/Vp对流变性能的影响 72 塑性粘度对多孔材料的影响 73 水泥稳定剂对流变性能的影响 74 食品 流动曲线和粘度曲线 屈服应力 75 巧克力 的 质构 76 巧克力的粘度测试标准 77 粘度测试标准 78 样品准备 79 样品测试过程 80 结
