流體的剪下應力與剪下速率之間的變異關係用圖形表示則稱為流變曲線。
基本介紹
- 中文名：流變曲線
- 外文名：The rheological curve
- 定位：是流變曲線中的一種
- 特點：剪下應力小於某一數值τ
- 學科：物理
特點,化學性質,假塑性分析,觸變性分析,分類,熔體流變曲線特徵與擠出畸變的關係,流變曲線測量的意義,兩類不同特徵的剪下應力曲線,研究結論,
特點
塑性流體是流變曲線中的一種，其特點是剪下應力小於某一數值τ時，就不能流動，大於τ後才開始流動；假塑性流體也是流變曲線一種，其流動特點是一旦施加外力就能流動，其粘度隨著剪下速率的增加而減小，流動曲線為通過坐標原點凸向剪下應力軸的曲線；牛頓流體在流變曲線上，剪下應力與剪下速率間關係為一通過原點的直線關係；膨脹性流體也是流變曲線中的另一種類型，其特點是一加外力就能流動，粘度隨著剪下速率增加而增大，流動曲線為通過坐標原點凹向剪下應力軸的曲線。
化學性質
假塑性分析
屈服——塑性是指流體在較小外力作用下，不發生流動，只產生有限的彈性變形，只有當外力大於某值時，流體才發生流動，使流體發生流動時對應的剪下應力稱之為屈服應力。
觸變性分析
觸變性表述這樣的現象：物體經長時間高剪下從高粘凝膠態變為粘度低得多的溶膠。觸變性的一個重要標誌是物體保持靜止後有重新稠化的可逆過程。這類流體的粘度不僅隨剪下速率變化，而且在恆定的剪下速率下，它的粘度也隨著時間的推移而下降，並達到一個常數值。當剪下作用停止後，粘度又隨時間的推移而增高，大多數觸變性流體，經過幾小時或更長的時間，可以恢復到初始的粘度值。它的曲線形態表現為，在流動曲線圖中“上行曲線”不再與“下行曲線”重疊，而是兩條曲線之間形成了一個封閉的“梭型”觸變環。這個“梭型”觸變環的面積大小決定著觸變特性的量度，它表示破壞觸變結構所需要的能量。
分類
流變曲線可分為牛頓流體和非牛頓流體。其中非牛頓流體還可分為時間獨立性流體(a．假塑體，b．膨脹體，c．塑性假塑體，d．塑性膨脹體)、時間相關性流體(觸變物質和振凝性流體)以及粘彈性流體(線性粘彈體和非線性粘彈體)。
熔體流變曲線特徵與擠出畸變的關係
熔體流變曲線是描述聚合物熔體非線性黏彈性變化規律的特徵曲線。包括：描寫黏性變化的曲線———剪下應力（σ）－剪下速率（γ）曲線；表觀剪下黏度（ηa）－γ曲線；描寫彈性變化的曲線———入口壓力降（P0）－擠出速率曲線；擠出脹大比（B）－擠出速率曲線；拉伸黏度（ηe）－擠出速率曲線等。
低速擠出時流變曲線通常是穩定的單調連續曲線。高速擠出時，尤其當流場出現強應力集中和不穩定擾動時，流變測量無法正常進行，曲線會變得複雜。例如剪應力曲線會在某剪下速率範圍內發生斷裂，或在不同剪下速率範圍曲線斜率發生突變，或因熔體破裂使擠出脹大比無法測量等。不同結構熔體的流變曲線具有不同特徵，且與流場擾動和擠出畸變相互關聯，因此考察熔體流變曲線的特徵有助於深入理解畸變發生的機理。
流變曲線測量的意義
剪應力曲線除反映熔體的黏－切依賴性和黏－溫依賴性外，還反映了熔體在毛細管內的流動狀態，尤其反映了熔體在毛細管壁處的應力－應變行為以及熔體/管壁邊界狀態。管壁應力發生突變一則反映了熔體/管壁界面相互作用（界面狀態）的突變，二則反映了管壁附近分子鏈的取向狀態和熵變程度，兩者均與擠出物的表面形貌相關聯。
入口壓力降曲線主要反映熔體彈性變化規律。流變學原理指出入口壓力降主要消耗在口模入口區用以建立強拉伸流場。彈性流體流經入口區時因存在縱向速度梯度而經歷強拉伸形變，該形變屬於彈性形變。由於拉伸形變是熔體整體經歷的形變，因此入口壓力降發生變化對擠出物形貌的影響是一種整體影響，具體表象為擠出脹大和整體扭曲或畸變。
兩類不同特徵的剪下應力曲線
低速下大多數聚合物熔體的剪下應力－剪下速率曲線有一定相似性，即假塑性，但擠出速率提高尤其在發生擠出畸變時，不同結構熔體的應力曲線表現出顯著差異。主要有兩大差別：一是曲線連續性變化，是曲線連續還是曲線斷裂；二是曲線斜率的變化，是漸變還是突變。這些差異與分子鏈拓撲結構相關聯。通常線形分子鏈熔體如HDPE，線性低密度聚乙烯（LLDPE）的流動曲線有時在某個剪下速率範圍會發生斷裂，或在高、低剪下速率區曲線斜率發生突變；而長鏈支化或帶大量側基聚合物熔體如LDPE、聚丙烯（PP）、溶聚丁苯橡膠（SSBR）的流動曲線始終保持連續，高、低剪下速率區的曲線斜率是漸變的。
研究結論
a）熔體流變曲線與流場擾動和擠出畸變之間存在緊密的聯繫，本質上是同一現象的不同體現，都可以作為判斷熔體擠出行為的指紋性特徵。
b）有些線形鏈聚合物熔體/管壁間吸附作用強，高速擠出時容易在管壁產生流動應力集中，使界面狀態突變，由黏界面轉變為時黏時滑的振盪界面，導致剪應力曲線斷裂，擠出壓力振盪，擠出物發生鯊魚皮或黏－滑畸變等表面有規律畸變。
c）有些長鏈支化聚合物由於熔體彈性高，高速擠出時在口模入口區的彈性形變大，入口壓力降高，容易在入口區產生流動應力集中，導致流場失穩，入口壓力波動，擠出物發生整體無規畸變或熔體破裂。
