婴 Normal stress differences Weissenberg effect 法向应力差 书森量效应，包轴现象 Normal Strese 法向应力 在爽国伦帝国学院公开度演了一个 第一法向应力楚— 0-0 d the md it 02:01 Newtonian fluid Polymer melt 2 g(/s) Die swell (B s effect) 挤出胀大Barus效应 Explanation of Die swell Die swell phenomena ”裂尺寸大于和 性热品骑性受度 吉日中、法力差所产生的性形变 大性形不输松拌，出口 Unstable flow(Melt breakup) Unstable flow(Melt breakup) 不稳定流动（培体破裂） 不稳定流动（培体破裂） Unstable 无管虹吸 视立 9.5 Tensile Viscosity ·分于德服管升 拉仲粘度 防产生拉动，拉洁注的自由面相当之，圆丙具有良好的Normal stress differences 法向应力差 Normal Stress 法向应力 11：流动方向 22：与层流平面垂直方向 33：与1、2垂直的方向 Newtonian fluid  11   22   33 N1   11   22 N 2   22   33 第一法向应力差 第二法向应力差 Polymer melt 0 N1  N 2  0  11   33   22   0 2 N1   1      0 2 N 2   2    法向应力 差系数 N N 2 1  11 22 33    Weissenberg effect 韦森堡效应，包轴现象 1944，Weissenberg在英国伦敦帝国学院，公开表演了一个 有趣的实验： When a rotating rod is placed into a vessel containing a fluid A Newtonian liquid would be forced toward the rim of  the vessel by inertia A polymer melt or a concentrated polymer solution  moves toward the rod, climbing it Explanation 轴在液体中旋转时  离轴越近剪切速率越大，故法向应力越大，高分子链的弹 性回复力越大，从而使熔体沿轴向上挤，形成包轴现象  离轴越近分子取向程度越大，自发回复倾向越大  弹性回复受到转轴的限制，部分弹性能转变为包轴的内裹 力，将分子沿轴上挤(下挤看不到) Newtonian liquid Polymer fluid 奶酪从管中流 出后马上胀大 m of r solution 应力越大，高分子链 轴向上挤，形成包轴 大，自发回复倾向越大 制，部分弹性能转变 下挤看不到) Die swell (Barus effect) 挤出胀大(Barus效应) Die swell phenomena  When a viscoelastic fluid is extruded, it flows from the  die and retracts, resulting in swelling to a much  greater diameter than that of the die 高分子熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口 模尺寸，截面形状也发生变化 0 max D D 胀大比 B  影响高分子熔体弹性的因素，也影响挤出胀大 行为 分子量增大，弹性效应增大，弹性形变松弛慢 分子量分布加宽，松弛时间分布也宽，熔体弹 性表现更明显 挤出温度升高，或速度下降，或加入填料，导 致熔体弹性形变减少，挤出胀大减轻 0 影响高 行为 分 Explanation of Die swell  熵弹性本质  在口模入口，大分子无规线团被强烈拉伸，构象熵降低  分子构象在口模内部部分松弛，部分挤出口模后才回复  挤出后，分子链回复到新的无规线团构象，使熵值升高 而胀大  熔体在口模中流动时，法向应力差所产生的弹性形变 在出口模后也要回复 1 2 3  拉伸弹性形变的回复  模孔入口处流线收敛，流动方向产生速度梯度。熔体产 生拉伸弹性形变  在口模内，拉伸形变部分松弛 高分子松弛时间长，挤出口模后仍保留部分形变，发生 弹性恢复，使挤出物胀大 Appearance of closed vortices near a sharp  corner around a sudden reduction of cross‐ section surface area 2 1 口模较短时，形变来不及完全松弛掉，出口 胀大(弹性回复)程度较大 象熵降低 模后才回复 ，使熵值升高 差所产生的弹性形变 不及完全松弛掉 大 Unstable flow (Melt breakup) 不稳定流动（熔体破裂） Unstable flow  Phenomena  波浪  鲨鱼皮  竹节  螺旋  不规则破碎 A B C  Explanation  高弹湍流：高切变速率下，高弹形变的储 能  >  克服粘滞阻力的流动能量时，产生不 稳定流动  熔体在管壁的滑移(B 处)  熔体流经管道死角(A、C 处)   … 挤出速率(或剪切应力) > 临界值，熔体从口模挤出后 易发生弹性湍流 随挤出速率增大，可先后出现波浪形、鲨鱼皮形、竹 节形、螺旋形畸变，直至完全无规则的熔体破裂 Instability of flow leading to disruption of a stream: transition from left to right corresponds to increase of shear rate A 形变的储 量时，产生不 处) Unstable flow (Melt breakup) 不稳定流动（熔体破裂）  不稳定流动，是高分子液体弹性行为的表现  应变(应变速率)越大，高分子熔体弹性回复能力越大  熔体破裂现象相关因素  熔体的非线性黏弹性 a) 分子链在流场中的取向与解取向(构象变化及分子链松弛的滞后性) b) 分子链在流场中的解缠结和缠结  外部工艺条件  从形变能观点看  高分子液体的弹性贮能本领有限  外力作用速率很大，外界赋予液体的形变能  >>  液体可承受的极限，多余能量将以其它形 式表现出来，其中产生新表面、消耗表面能是一种形式，即发生熔体破裂  弹性储能造成的湍流，称高弹湍流  弹性储能剧烈变化的区域：模孔入口、毛细管壁、模出口  衡量高分子湍流的临界条件：临界黏度降         随剪切速率增大，熔体黏度降低至零切黏度的2.5%，发生不稳定流动      提高加工温度，可使熔体破裂在更高剪切速率下发生 分子链松弛的 体的形变能 >> 液体可 、消耗表面能是一种 弹湍流 域：模孔入口、毛细管 条件：临界黏度降 黏度降低至零切黏 破裂在更高剪 无管虹吸  牛顿型流体：虹吸管离开液面时，虹吸现象立即终止  高分子液体：虹吸管升离液面后，杯中液体仍能源源不断地从虹吸管流出。该现象 称无管虹吸效应 弹性使高分子液体易产生拉伸流动，拉伸液流的自由表面相当稳定，因而具有良好的 纺丝和成膜能力 拉伸流动，拉伸液