基本介紹
- 中文名：剪下流動
- 外文名：Shear flow
- 定義：在剪下力作用下流體的流動
- 相關辭彙：拉伸流動
- 分類：穩態剪下流動和非穩態剪下流動
- 性質：高分子材料加工時常見的流動方式
基本概念,高流動性聚丙烯的熔融剪下流動,顆粒材料剪下流動狀態轉變的環剪試驗,
基本概念
在剪下力作用下流體的流動稱為剪下流動。對聚合物材料而言，在剪下流動中，當應力或應變較大，或應變速率較快時，物料的回響不符合線性粘彈性。聚合物熔體在螺桿和毛細管中受力擠出的情況就屬於剪下流動。剪下流動分為穩態剪下流動和非穩態剪下流動。
流體在流動的過程中，其各點的速度並不相同，按作用方式的不同，流動可分為剪下流動和拉伸流動。流體流動時，如果其速度梯度方向與流動方向垂直，則這種流動就稱為剪下流動。剪下流動是高分子材料在加工成型過程中最常見、最簡單但又最重要的一種流動方式。根據剪下應力與剪下速率之間的關係，剪下流動稱為牛頓型流動和非牛頓型流動，相對應的流體分別稱為牛頓流體和非牛頓流體。
高流動性聚丙烯的熔融剪下流動
通常，熔體流動速率（MFR）≥20g/10min的聚丙烯樹脂被稱為高流動性聚丙烯。採用高流動性聚丙烯可以使注塑製品容易成型加工，減少注射缺陷和廢品率，在制品加工生產過程中可以降低加工溫度、注射壓力以及合模力等，從而降低能耗，縮短成型周期，提高產量。高流動性聚丙烯主要用於家電、汽車、包裝、運輸、辦公、日常用品等。近年來，隨著聚丙烯生產技術水平的提高，特別是新型高效催化劑的使用及聚合工藝的改進，高流動性聚丙烯產品的開發和套用取得了很大的進展。
目前，高流動性聚丙烯的生產方式主要有兩種：一種為氫調法，通過在聚合階段增加氫氣濃度或使用新型催化劑，從而製備高流動性聚丙烯，對應的產品被稱為氫調法聚丙烯（簡稱 A）；另一種為可控流變法，通過在造粒階段加入過氧化物使聚丙烯降解，從而製備高流動性聚丙烯，對應的產品稱為可控流變法聚丙烯（簡稱 B）。
顆粒材料剪下流動狀態轉變的環剪試驗
顆粒材料在剪下流動中可表現為類似固體或類似液體的力學行為，並會在一定條件下發生相互轉化，即類固液轉化現象。該現象廣泛地存在於雪崩、冰塞、沙丘演化以及山體滑坡等自然現象，以及礦物傳輸、化工原料混合等工業過程中。在顆粒材料的類固液轉化過程中，細觀尺度下的顆粒接觸模式及其力鏈結構是巨觀尺度本構模型和流動狀態的內在因素。由於顆粒材料在類固液轉化過程中的強非線性，以及巨觀流動形態和細觀結構的複雜性，對其力學機理的揭示和轉化條件的建立是近年來顆粒材料在物理力學領域的重要研究方向。
顆粒材料呈現不同流動狀態的一個典型試驗是斜面流動試驗，其由下向上分別呈現為類固態、液態，甚至是氣態的運動狀態。通過斜槽中的顆粒流動試驗可確定顆粒材料由稀疏流到密集流、甚至是阻塞的轉變過程。在顆粒材料類固液轉變的離散元數值模擬中，單剪流動是廣泛採用的剪下運動形式。
採用環剪試驗可獲得顆粒材料更加持續穩定的流動特性。然而，目前對顆粒材料由慢速向快速流動的轉化過程的環剪試驗研究還未開展。通過設定環剪試驗中轉速、法向應力等試驗條件可改變剪下速率、體積分數等參數，可獲得顆粒材料的慢速、快速流動狀態及其相互轉化過程，從而確定不同流動狀態下的力學特性。
