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聚合物溶液的流变性和粘弹性

发布日期:2015-06-08 15:52:19
粘弹性是指聚合物溶液同时具有粘性和弹性的性质。粘性流体,流动和变形是能量 的损耗过程,应力对流体所作的机械功全部转换为热能散失掉。当应力消除后粘性流体 不会恢复到原来的状态。而弹性流体,拉应力作的功变为弹性能储藏起来,当拉应力解 除后,能量同时释放出来,使材料恢复原来状态。聚合物溶液的粘弹性不但可以获得更 高的波及系数,而且可以提高微观驱油效率,驱油效率的提高被认为是由于弹性引起的, 所以有必要对聚合物溶液的粘弹特性进行研究。一直以来,对聚合物溶液粘弹性的研究 存在许多不同的观点。
(1)聚合物溶液粘弹性产生的原因是高分子链在外力作用下的拉伸形变。聚合物 溶液粘弹行为的产生在于蜷曲的高分子链可以拉伸[96_98],当拉伸力去掉后它又恢复其自 然蜷曲状,但链段在外力作用下调整其构象缓慢,分子的形变滞后于应力而表现出粘弹 性,聚合物分子在外力作用下形变和回复的时间依赖性就是聚合物的粘弹性特征。另一 部分研究者[98_1()()]则认为,聚合物分子具有弹性。聚合物的弹性表现为外力作用下分子 的拉伸形变。
(2)聚合物溶液的粘弹性是由分子链的柔顺性引起的[96_9799_1()1],链的柔曲性越大, 粘弹性越显著。柔性分子的力学特征是在拉伸应力作用下产生粘弹形变[97,1()()],即分子形 变随时间发展,应力消失后,又随时间回复原形。链柔顺性较大的聚丙烯酰胺比链僵硬 的黄胞胶有较强的粘弹性["_1<)1]。SouthW1Ck等人[97]认为,在足够强的拉伸流动下,拉伸 了的柔性HPAM分子的长度大大超过了柔性聚合物平衡态时线团的长度,拉伸应力使 分子伸长,引起了粘弹效应。
(3)有的研究对粘弹性定义为:它是一种与时间相关的可逆过程[1°2]。在此过程中, 聚合物链通过围绕化学键自由旋转的链段而使平衡构造产生变形,并且认为多孔介质中 聚合物溶液的粘弹性,是由聚合物分子的松弛现象引起的。聚合物分子变形而产生的粘 弹性是可逆的,它与聚合物链偏离平衡构形的变形,包括聚合物链段围绕化学键的旋转 有关。因此,在应力作用下,聚合物分子一般从圆球状被拉长成为椭圆球状。当应力消 除时,又恢复到它原来的形状。
以上关于聚合物溶液粘弹性的研究观点均存在不同程度的片面性,因此有必要从本 质上分析聚合物的粘弹性,只有掌握了聚合物的粘弹性规律,才能就聚合物溶液的驱油 机理进行深入的研究。