流体黏度影响因素

黏度及其影响因素
从分子运动的观点看，聚合物熔体的粘度由两方面因素决定：一是聚合物熔体内的自由体积，二是大分子之间的缠结。自由体积是聚合物中未被聚合物占领的空隙，它是大分子链段进行扩散的场所，凡是能引起自由体积增加的因素均能使聚合物的粘度降低。高分子链之间的缠结增大内摩擦，凡引起缠结密度增加的因素，都会使分子链的运动变得困难，使熔体粘度增加。
从宏观角度看，影响聚合物熔体粘度的因素主要有温度、压力、剪切速率、分子结构及分子量等，这些影响因素之间又存在着互相影响的关系。
a)温度对黏度的影响
温度升高时，聚合物熔体中的自由体积增加，因此粘度随着温度的升高而下降。在温度远高于玻璃化温度 （ ℃）的情况下，熔体粘度与温度的关系可用阿累尼乌丝(Arrhenius)方程表示:
（2-3）
式中：
ηa——表观黏度，Pa∙s；
η0——零剪切黏度，Pa∙s；
R——气体常数，8.314 J∙mol-1∙∙K-1；
T——绝对温度,K；
——粘流活化能，kJ∙mol-1。
不同聚合物的粘流活化能不同，其黏度对温度的敏感性也不同，粘流活化能较大，温度的变化对熔体粘度的影响就比较显著。各种塑料的黏流活化能在5～30 kJ∙mol-1之间。
b)剪切速率对黏度的影响
相对分子质量较高的材料通常比相对分子质量较低的同一材料表现出更明显的假塑性，这表明聚合物流动时的非牛顿行为是随相对分子质量增加而增强的。在高剪切速率下，熔体的粘度值可能比低剪切速率下的粘度值小几个数量级。UHMPWE熔体的黏度对剪切速率很敏感，有很强的非牛顿性，其非牛顿指数近于零。
c)压力对黏度的影响
聚合物熔体中存在自由体积，使其具有一定的可压缩性。当压力作用使得聚合物中的自由体积减小时，大分子链段活动范围减小，分子间的作用力增加，导致熔体的粘度增加。例如，当LDPE中压力由1大气压升高到100Mpa时表观黏度增加了2.5倍。由于聚合物的可压缩性不同，其黏度对压力的敏感性也不同。增压引起黏度增加这一事实说明，单纯通过增大压力来提高产量是不恰当的。
d)相对分子质量