黏度的溫度敏感性
黏度的溫度敏感性指的是溫度對黏度的影響程度。
黏度的定義
[編輯]- 表徵液體抵抗剪切變形特性的物理。[1]
- 液體，擬液體或擬固體物質抗流動的體積特性，即受外力作用而流動時，分子間所呈現的內摩擦或流動內阻力。將兩塊面積為1m2的板浸於液體中，兩板距離為1m，若加1N的切應力，使兩板之間的相對速率為1m/s，則此液體的粘度為1Pa·s。[2]
實際流體流動時流體分子之間產生摩擦力的特性稱為黏性。黏性越大的流體，其流動性越差，流動阻力越大。衡量流體黏性大小的物理量稱為黏度。[2]
黏度的分類
[編輯]影響因素
[編輯]溫度的影響：
黏度與溫度的關係十分密切。在常溫常壓下，當溫度變化1℃時，熔體的黏度變化達百分之幾至幾十。
在黏流溫度以上，聚合物的黏度和溫度的關係與低分子液體一樣，即隨着溫度的升高，熔體的自由體積增加，鏈段的活動能力增加，分子間的相互作用力減弱，使聚合物的流動性增大，熔體黏度隨溫度的升高以指數方式降低，因而在聚合物加工中，溫度是進行黏度調節的首要手段。不過溫度太高容易導致聚合物降解，因此熔體的溫度範圍也不能控制的太寬。
熔體黏度與溫度關係式——安德雷德(Andrade)式[3]
- A——實驗常數，在不同溫度下實驗求得；
- R——波耳茨曼常數；
- T一—絕對溫度；
- ΔΕ——流動活化能，它表示分子由一個位置遷移到另一位置所需的能量。與分子結構，分子鏈的長短，及溫度有關。
不同聚合物的黏度表現出不同的溫度敏感性。一般分子鏈越剛性，或分子間作用力越大，則流動活化能越高，這類聚合物的黏度對溫度有較大的敏感性。而柔性高分子，它們的流動活化能較小，黏度隨溫度的變化不大。
當溫度降到黏流溫度以下時，聚合物的表觀粘度的對數與溫度的倒數之間的線性關係不再保持有效性。或者說，流動活化能不再是一常數，而隨溫度的降低急劇增大。例如聚苯乙烯在217℃時，流動活化能是24kcal/mol，在80℃時為80kcal/mol；聚甲基丙烯酸甲酯在玻璃化溫度之上10℃時的流動活化能竟然高達1056kJ/mol。其原因是因為實現分子位移的鏈段協同躍遷，決定於鏈段的躍遷能力和在躍遷鏈段周圍是否有可以接納它躍入的空位兩個因素。聚合物熔體在較低溫度條件下的體積急劇收縮，自由體積急劇減小，鏈段運動變得非常困難，此時WLF方程能很好地描述聚合物在Tg到Tg+100℃範圍內黏度和溫度的關係：
- lgη(T)/η(Tg)=-17.44(T-Tg)/[51.6+(T-Tg)]
由此可以估算聚合物在Tg<T<Tg+100℃範圍內的黏度。[4][5]
在聚合物的加工成型過程中，當其熔體黏度對溫度的依賴性很強時，只需要稍微改變溫度就能夠明顯改善熔體的流動性，所以必須特別注意保持熔體溫度的穩定，否則將會因為熔體的流動性的顯著改變而影響製品的質量。影響黏度的因素還有分子量和分子量分布，支化程度以及壓力的影響。[6]