–剪切应变的应力除以剪切速率
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解释 :
• 应力：单位面积上的力 (多少)
• 应变：相对样品尺寸上的变形幅度 (多大)
• 剪切速率：随时间应变的变化率
(多快)
• 剪切粘度：在一定的条件下熔体是否容易流动
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基本概念-剪切
A
d
b a
即：在一定温度下，流体剪切应力与剪切速率不成正比的线 性关系，其粘度不是常数，而是随剪切应力或剪切速率而变 化的非牛顿粘度η。
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剪切形变-流变学基本定义
• 剪切应力（Shear stress, σ）
–单位面积所受的剪切力
• 剪切应变（Shear strain, γ. ）
–剪切形变除以高度
• 剪切（应变）速率（Shear rate, γ ）
• 熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作 用下，高分子链沿着外力作用发生伸展， 当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲， 使形变部分恢复，表现出弹性行为。
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高聚物流体的非牛顿性
高聚物流体
{ 弹性：分子链构象不断变化 粘性：流动中分子链相对运动
分子链构象的变化 精品课件
流动性
以粘度的倒数表示流动性。按作用方式的不同,流动可分为剪切流动和 拉伸流动,相应地有剪切粘度和拉伸粘度。前者为切应力与切变速率之 比；后者为拉伸应力与拉伸应变速度之比。聚合物的结构不同，流动性 （或粘度）就不同。对于聚合物熔体，大多数是属于假塑性液体,其剪 切粘度随剪切应力的增加而降低,同时测试条件（温度、压力）、分子 参数（分子量及其分布、支化度等）和添加剂(填料、增塑剂、润滑剂 等)等因素对剪切粘度-剪切应力曲线的移动方向均有影响。对于拉伸粘 度，当应变速率很低时，单向拉伸的拉伸粘度约为剪切粘度的 3倍，而 双向相等的拉伸，其拉伸粘度约为剪切粘度的6倍。拉伸粘度随拉伸应 力增大而增大,即使在某些情况下有所下降，其下降的幅度远较剪切粘 度的小。因此，在大的应力作用下，拉伸粘度往往要比剪切粘度大一二 个数量级，这可使化学纤维纺丝过程更为容易和稳定。
Pa.s (SI) P (CGS)
精品课件 1 mPa.s = 1 cP
影响聚合物加工的流变性能主有：
* 聚合物的流动性
* 弹性 * 断裂特性
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高分子材料流动性特点
• 粘度大流动性差：这是因为高分子链的流 动是通过链段的相继位移来实现分子链的 整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。
• 不符合流动规律：在流动的过程中粘度随 剪切速率的增加而下降。
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聚合物加工实例
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非牛顿流体
流变学研究对象： 包括非牛顿流体、粘弹性固体和流体与固体之间的物质（如 悬浮体）。
对于高分子来说，绝大多数的成型加工都是熔融状态下进行 的，特别是热塑性塑料加工。因此，高聚物在粘流温度下的 流动性和弹性，是其成型加工的首要性能。
非牛顿流体定义：凡不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿 流体。
剪切应变
u (m)
d (m)
无量纲
• 剪切应变 （Shear strain）被简称为应变 （Strain），剪切时物体所产生的相对形变量
• 无量纲，常常用%表示
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基本概念-剪切速率（Shear rate）
剪切速率
t (s)
S-1
• 剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪 切速率（Shear rate） ，表示剪切应变快慢
• 单位 s-1
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剪切粘度(Shear viscosity)
• 粘度就是流动的阻力
–粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等）
–粘度越小，越容易流动（水等）
剪切应力（施加外力） 剪切粘度 =
剪切速率（运动速度）
Pa.s
• 单位（Unit）
–Pascal second –Poise
• 1 Pa.s = 10 P,
微观法即分子流变学方法，是从分子运动的角度出发，对
材料的力学行为和分子运动过程进行相互关联，提出材料结构
与宏观流变行为的联系。(珠簧相空间理论、分子网络理论、
蛇行管理论）
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领域
• 聚合物 – 我们需要理解熔体流动性能， 从而设计模具等
• 食品 – 良好的外观、质地和加工特性 • 涂料 – 储存寿命和表面流平性能 • 墨水 – 打印清晰度和准确计量 • 医药– 正确的配方定量，沉降性能等 • 还有：泥浆、钻井液、沥青、橡胶等
Stress
Shear Rate
Shear Rate
剪切变稀
Shear Rate
剪切增稠
Viscosity
Viscosity
Viscosity
Shear Rate e.g. 硅油, 悬浮液
• 面积A = ab
•高
=
d
• 假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。
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基本概念-剪切应力（Shear stress）
剪切应力
F (N)
A (m 2 )
Pa
• 单位面积所受的剪切力（The applied force per unit area）
• 1 N/m2 = 1 Pa
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基本概念-剪切应变（Shear strain）
聚合物流变学
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主要内容
• 基本概念
–流变学定义（Definition of rheology） –剪切流动（Shear） –拉伸流动（Extensional）
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流变学-Rheology
• 流变学是研究材料流动与变形的学科
“ the science of deformation and flow
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粘度的影响因素
• 材料的内部结构（材料配方、颗粒大小、颗粒分 布、分子量等）
• 温度（一般来说，温度越高，粘度越低）
• 剪切速率（或者拉伸速率）
• 时间 （触变性）
• 压力
(C,T,P,t,)
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典型的流动曲线（Flow
behavior）
牛顿流体
假塑性流体
胀塑性流体
Stress
Stress
”
Rheology: rheo (to flow) + logos
(science)
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流变学
流变学是力学中一门较新的分支学科，它主要研究各种材 料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件中与时间有关的变 形和流动的规律。
研究方法 主要有宏观与微观两种：
宏观法即经典的唯象研究方法，是将聚合物看作由连续质 点组成，材料性能是位置的连续函数，研究材料的性能是从建 立粘弹模型出发,进行应力-应变或应变速率分析。