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高分子材料流变学中的粘性参数

发布时间:2024-04-23
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常用的粘性参数包括剪切粘度η、拉伸粘度ηe、复数粘度η*。剪切粘度η是最普遍地用来表示聚合物流变性能的一个参数。通常所说的粘度就是指剪切粘度。对于粘度较低的聚合物溶液与熔体可用同轴圆筒流变仪或乌氏粘度计测定。例如,人们常用同轴圆筒流变仪测定涂料的粘度;利用乌氏粘度计测定聚合物的粘均分子量。在聚合物加工成型时,工作对象主要是聚合物熔体,一般来说粘度比较大。一方面,不同的加工成型方法的剪切速率范围不一样;另一方面,不同类型的流变仪的剪切速率的量程也不同。因此,存在着一个相互匹配的问题。


熔融指数测定仪的剪切速率较低,测得的流变性能只适用于指导模压成型。但是熔融指数测定方法简单,操作方便快捷,仪器价格较低,因此在工业界得到了普遍应用。树脂生产厂家常用熔融指数MFI作为树脂的性能指标,间接地表示树脂分子量的大小与加工性能。塑料加工厂也常用MFI表示塑料的加工流动性能。


锥板流变仪或平行板流变仪常被用来测定聚合物熔体粘度。一般采用小振幅振动剪切动态模式直接测得复数粘度η*,再利用Cox-Merz定律转换成剪切粘度η。由于需用Cox-Merz定律进行转换,因此测定聚合物的对象有一定局限性。但当只需了解低剪切速率下的粘度时,可以采用锥板或平行板流变仪的稳定剪切模式,直接测定剪切粘度。此时,被测定的聚合物对象就不再受限制。锥板或平行板流变仪测定的优点是可同时得到有关弹性的数据;另一方面,动态模式测量的频率扫描范围较宽。如果要求更宽的剪切速率范围的粘度数据,可以采用时-温转换方法得到。小振幅振动流变测定方法灵敏度高,还常被用来研究表征聚合物的大分子结构。


毛细管流变仪可直接测得聚合物剪切粘度,且剪切速率的适用范围很宽,测定对象并没有限制,因此在科学研究与工业上都得到了广泛的应用。在挤出成型与注射成型时,特别是注射成型时,聚合物所受的剪切速率很高,因此只有采用毛细管流变仪才能直接测得这样高剪切速率下的粘度。


拉伸粘度ηe是表达聚合物在拉伸流场中流变性能的一个主要参数,可采用拉伸流变仪测定。拉伸流变仪是基于薄片或单丝拉伸的直接测定方法,可以给出瞬态拉伸粘度值。此外还有一种间接测定方法,即利用毛细管流变仪中入口效应产生的拉伸流动,采用Cogswell方法进行换算得到粘度值。