第4章 聚合物流体的流动特性和影响因素

聚合物流体的流变性能与材料的分子结构、相对分子质量及其分布和配方组分密切相关。聚合物流体因微弱的外力变化而改变其流动或变形状态，也会因微弱的结构变化而表现出完全不同的流变性质。另外，聚合物材料还有一个重要特点，它们的物理力学性能不完全取决于化学结构。由于不同的加工成型方法造成了不同的凝聚态。化学结构一定的聚合物材料可以有不同的聚集状态，显示不同的性质。

流体的流动通常与其黏度相关联。流体的黏度越大，其流动性就越小，流体的黏度小，其流动性就大。黏度是流体内部抵抗流动的阻力，黏度是表征物质流动性的重要参数。因此，流体黏度可作为衡量流体流变性大小的一个参数。故在一定意义上来说，对流体流变性的研究就是对流体黏度的测量和定量地描述。简单的牛顿流体，其黏度的大小主要取决于流体的物理性质和温度，仅在某些情况下也与压力有关。而对于聚合物流体这样的非牛顿流体，其流动时的表观黏度不仅依赖于聚合物结构、相对分子质量和相对分子质量分布等聚合物的性质，而且还依赖于剪切应力、剪切速率、压力、温度，以及添加剂的性质和含量等因素。研究聚合物流变性与这些参数的关系也是流变学重要的研究内容之一。

对于聚合物材料的制备和加工成型，深入了解分子参数、配合剂、工艺条件等与熔体流变性的关系是十分重要的。研究这些因素对聚合物流体黏度的影响，可以合理设计和选择加工设备，优化材料的配方和优化加工成型的工艺条件。例如，增加添加剂改善材料的流变性能；改变加工温度和压力，满足加工成型合格产品的需要；对剪切速率敏感的材料，可提高加工剪切速率降低材料黏度，以改善加工成型聚合物材料的流动性，口模设计重点考虑弹性材料的离模膨胀。聚合物领域的工程技术人员非常有必要学习和掌握聚合物流体流动的特性，了解影响因素是如何影响聚合物材料流变行为的基本知识。

科学家和工程技术人员深入研究各种因素是如何影响聚合物流体的黏度，发表了大量的科技论文。考虑初学者的情况和知识结构的基本要求，本章仅介绍聚合物流体的流动特性，重点讨论聚合物分子参数、配合剂和加工工艺条件等因素对流体黏性影响的基本知识[1-33]。本章分为3节，包括流体的流动特性和分类、聚合物分子参数和配合剂对熔体流变性的影响、聚合物加工工艺条件对材料流变性的影响。