非牛顿流 体
非牛顿流体的表征：
12 K
n
式中：K为粘度系数，
n为非牛顿指数
表征流体偏离牛顿型 流动的程度

当n=1时，牛顿流体，牛顿粘度不变 ；
当n<1时，表观粘度a
a≡12 /
n-1 =K
a随 ↑而↓
当n>1时，a随
假塑性流体
切力变稀流体
310
（MI=15）
③可提供特定流动条件下的表观黏度
聚合物流体在不同加工方
各种加工方法中剪切速率
法中有不同剪切速率，同一 方法中设备不同流动速度也 有差异。
流动曲线可以提供聚合物
加工方法 模压 开炼 密炼 挤出 压延 纺丝
剪切速率 （Ｓ-1 ） 1~10 5´101~5´102 5´102~5´103 101~103 5´101~5´102 102~105
A exp E RT
式中：A为物性常数；
E为粘流活化能； R为气体常数；
T为绝对温度。

从a与T的关系可以求出E 。
表7-5 聚合物熔体剪切粘流活化能E
E（KJ/mol） 聚合物+溶剂 41.950.3 56.160.3 54.483.7 100.5146.5 25.129.34 聚丙烯腈+DMF 聚氯乙烯+DMF 聚乙烯醇+水 E（KJ/mol） 18.5 9.6 25.0
聚氟弹性体 Viton EPDM


2．粒子填充剂对粘度的影响
固体物质的加入使粘度增大
低 下,η增加得多 高 下,η增加得少
图7-31不同Ti02含量的HDPE的剪切粘度-剪切速率曲线
填充体系的粘度 高分子的粘度
1 2.5 f 0
填料的体积分数
溶剂或增塑剂等液体填加剂使a降低，
推论： 高分子量聚合物 黏度很高 加工困难
M M C =2.5~5.0
图 PS的熔体粘度对 M 的依赖关系（217C）
影响Mc数值的因素:
①聚合物种类
表 不同聚合物的Mc值
聚苯乙烯
3500
聚己二酰己二 胺 聚己内酰胺 聚乙烯醇 聚醋酸乙烯酯 硅橡胶 聚异丁烯
4500
聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯 天然橡胶 顺丁橡胶
的↑而↑
胀流性流体 或切力增稠流体
要克服某一临界剪切应力才能使其产生牛顿流动
宾汉流体
各种流体的性质
c

N P N P B D
B
D

t D: 膨胀性流体
N: 牛顿流体 P: 假塑性流体
B: 宾汉流体
2．非牛顿流体的流动曲线
流动曲线：聚合物流体的剪切应力12与剪切 速率 的关系的曲线。

聚合物 聚丙烯 聚己内酰胺 聚对苯二甲酸乙二酯 聚苯乙烯 高密度聚乙烯
纤维素黄酸酯+NaOH-H2O 9.210.0


注意：
E随 M 而↑，但
T
≥103， E不变。 M
↑，E↓
浓度↓

，E ↑
↑， E ↓
E越大,温度对粘度的影响越大 升温降低粘度有效，加强温度控制！！

大分子链间发生的缠结。缠结点浓度↓
a ↓
M≥Mc时，链间形成缠结点。缠结点不断地拆散和重
建，并在某一特定条件下达到动态平衡---瞬变网络 体系 。

↑,链段取向↑流层间牵曳力↓
a ↓。
大
聚合物浓溶液：
σ ↑， 脱溶剂化↑ 分子链有效尺寸↓ a ↓。
二．影响聚合物流体剪切粘性的因素
流动曲线衡量流体质量正常与否和波动程度比0 提供的内容丰富.

②当剪切粘度与正常情况发生偏差时，可提 供寻找偏差原因的途径，改善可加工性。
两种PP熔体粘度与温度和剪切速率的关系
(s-1)
温度（C） 粘度 Pas A B 230 478.6 501.1 240 426.5 436.5 3103 250 380.1 389.0 260 346.7 358.9 230 42.7 38.9 240 38.9 37.1 250 37.1 33.9 260 33.9 31.5

（五）混合对粘度的形响

1．共混物组成对粘度的影响
图7-27 粘度与组成 的关系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Polymer+Polymer 相形态 相容体系 粘度
均相
不相容体系
非均相（多相）
海-岛结构 互锁结构

外润滑剂?!
log 1 log1 2 log2
1
粘度低 粘度高


1
w1

2
w2
实例：PVC/ACR，PPO/PS
Rolling Spraying Injection molding Pipe flow Chewing Extrusion Sedimentation
105 103 101
Lubrication
(s-1 )
103 105 107
101

加工問題的實例-- Extrusion
Sharkskin Melt fracture
碳酸乙烯酯 0.199 NaSCN-H2O 0.370 (51.5%)
增加
增加
增加
增加
减小
填加剂对粘度有影响
图7-26聚丙烯腈浓溶液的粘度和溶剂中水分含量的关系 1－碳酸乙烯酯 2－硫氰酸钠 3－氯化锌 4－硝酸

可溶性杂质
图7-26聚丙烯腈浓溶液的粘度和溶剂中水分含量的关系 1－碳酸乙烯酯 2－硫氰酸钠 3－氯化锌 4－硝酸
（二）聚合物溶液浓度对粘度的影响

与分子量的影响类似。浓度↑ 0 ↑
图7-19丙烯腈共聚物黏度对浓度的关系
图中浓度c的单位为“重量％”
浓度影响流动
曲线：
C↑，流体向非
牛顿流动过渡， n↓。
C↑
cr ↓
图7-21 硝化纤维素溶液的流动 曲线，聚合物浓度：1－0% 2－0.125% 3－0.25% 4－ 0.25% 5－1% 6－2% 7－4%
支链长度增加，
长支链增大了聚合物粘度对
的敏感性。
2．分子量的影响 分子量增大, 分子链越长, 链段数越多, 链段协

同难。分子链越长, 分子间发生缠结作用的几率 大, 从而流动阻力增大, 粘度增大。

0 KM

式中：K为经验常数；
为聚合物有关的指数。
M M C =1~1.6
表观粘度=f(自由体积+缠结),增加自由体积的因素都能增强分子的运动，
并导致聚合物流体粘度的降低。减少缠结作用的因素，能加速分子运动
并导致聚合物熔体粘度降低。
温 度 剪切速率 加工条件 剪切应力 压 力 分子量 分子量分布
结构因素
支
化
(一)聚合物分子结构对粘度影响

分子结构（链结构、相对分子质量及相对分子质量 分布）
cr ↑,如图。
小分子增塑剂对聚异丁烯黏度 的影响 1-聚异丁烯熔体 2-聚异丁烯的质量分数为9% 3-聚异丁烯的质量分数为3%
（六）流体静压
流体静压力导致流体粘度a增高。
不同聚合物在同样的压力下，黏度的增大程 度并不相同.
LDPE 压力对黏度的 影响那个大？
HDPE

了解影响流体剪切粘度的因素意义： ①衡量聚合物流体质量是否正常的依据；
loga (Pas)
PS
PMMA PE 3 POM PVC 2
4
PE PS
Chloride polyether
Cellulose 3
PC
2.4
2.2
1/T
2.0
103
1.8
2
(K1)
0
1
2
lg

(s1)
3
（2）支链结构： 分子量相同, η支链≤ η直链；

η上升，支链长度增加到一 定值，粘度急剧增高。

聚合物分子量分布宽，可纺性下降。
表 7-4 PET 相对分子质量分布对纺速的影响 切片 A B
Mw
18000 18400
Mn
9550 9090
Mw / Mn
1.90 2.02
最高纺速（m/min） >6000 4000
Rubber：200000 Plastics Fiber：20000
挤出
注塑
吹塑
1．链结构的影响 链的刚柔：

柔性越大，缠结点多，解缠和滑移难，非牛顿性强。 刚性增加，分子间作用力大，粘度对 小;对温度的敏感性增加。
的敏感性减
温敏性和切敏性高分子
极性大、刚性大的高分子 一般温度敏感性高,如PC, PMMA
loga (Pas)
4 Cellulose PC
柔性大的高分子一般剪 切敏感性高, 如PE
各向异性聚合物浓溶液粘度对浓度的关 系比较复杂。
图7－22 PPTA的硫 酸溶液的粘度与浓度 的依赖关系
（三）温度对粘度的影响
T↑， a↓。
图7-23 PP和PET熔 体粘度的温度依赖性
图7-24 丙烯睛共聚物在 NaSCN－H20中浓溶液粘 度的温度依赖性
T＞＞Tg时，
符合Arrhenius方程式：
FIG Extrudate of a brached silicone gum at increasing pressure

一．非牛顿流体的表征

1．聚合物流体的流动行为
剪切应力12与剪切速率
之间呈线性关系，
其粘度与
无关，服从牛顿定律：