聚合物流变学复习题参考答案

1聚合物流变学复习题参考答案一、名词解释（任选5小题，每小题2分，共10分）：1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。

应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。

或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象。

2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT 将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。

3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。

挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增大膨胀的现象。

4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。

5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。

牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。

6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。

膨胀性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。

7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。

8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。

9、断裂韧性K 1C ：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标，s b C E c K γπσ21==，其中，σb 为脆性材料的拉伸强度；C 为半裂纹长度；E 为材料的弹性模量；s γ为单位表面的表面能。

10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。

或拉伸流动：质点速度仅沿流动方向发生变化的流动。

剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。

11、法向分量：作用力的方向与作用面垂直即称为应力的法向分量。

剪切分量：作用力的方向与作用面平行即称为应力的剪切分量。

12、粘流态：是指高分子材料处于流动温度（T f ）和分解温度（T d ）之间的一种凝聚态。

13、宾汉流体：在流动前存在一个剪切屈服应力σy 。

只有当外界施加的应力超过屈服应力才开始流动的流体。

14、稳定流动：流动状态不随时间而变化的流动。

15、疲劳断裂：材料在一个应力水平低于其断裂强度的交变应力作用下，经多次循环作用而断裂。

16、蠕变断裂：材料在一个低于其断裂强度的恒定应力的长期作用下发生断裂，也叫做静态疲劳。

17、环境应力开裂：材料在腐蚀性环境（包括溶剂）和应力的共同作用下发生开裂。

18、磨损磨耗：一种材料在与另一种材料的摩擦过程中，其表面材料以小颗粒形式断裂下来。

19、疲劳:材料或构件在周期应力（交变载荷）的作用下断裂或失效的现象。

20、疲劳强度：当试验应力降低到试样承受循环次数107以上而不发生疲劳断裂，则称该应力为无限次循环下不发生疲劳破坏的持久极限S r ，也称疲劳极限或疲劳强度。

3、试述温度和剪切速率对聚合物剪切粘度的影响。

并讨论不同柔性的聚合物的剪切粘度对温度和剪切速率的依赖性差异。

答：（一）随着温度的升高，聚合物分子键的相互作用力减弱，粘度下降。

但是各种聚合物熔体对温度的敏感性不同。

聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，绮粘度随剪切速率的增加而下降。

（二）柔性高分子如PE、POM等，它们的流动活化能较小，表观粘度随温度变化不大，温度升高100℃，表观粘度也下降不了一个数量级，故在加工中调节流动性时，单靠改变温度是不行的，需要改变剪切速率。

否则，温度提得过高会造成聚合物降解，从而降低制品的质量。

4、解释如下现象：1）聚合物的T g开始时随分子量增大而升高，当分子量达到一定值之后，T g变为与分子量无关的常数；2）聚合物中加入单体、溶剂、增塑剂等低分子物时导致T g下降。

6、两个牵伸比相同的聚丙烯的纺丝过程中，A用冰水冷却，B用333K的热水冷却。

成丝后将这两种聚丙烯丝放在363K的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。

哪一种丝的收缩率高？说明理由。

7、提高聚合物的耐热性的措施有哪些？其中哪些是通过改变聚合物的分子结构而实现的？提高聚合物耐热性的措施主要措施有：①提高分子中原子间的键能；②增加分子中的环结构和共轭程度；③增加分子链间的交联程度；④增加分子的取向度和结晶度；⑤加入稳定剂。

8、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。

1.分子链越柔顺，粘流温度越低；而分子链越刚性，粘流温度越高。

2.高分子的极性大，则粘流温度高，分子间作用越大，则粘流温度高。

3. 分子量分布越宽，粘流温度越低。

4..相对分子质量愈大，位移运动愈不易进行，粘流温度就要提高。

5.外力增大提高链段沿外力方向向前跃迁的几率，使分子链的重心有效地发生位移，因此有外力对粘流温度的影响，对于选择成型压力是很有意义的。

6.延长外力作用的时间也有助于高分子链产生粘性流动，增加外力作用的时间就相当于降低粘流温度。

9、按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。

这两个事实有矛盾吗？为什么？不矛盾。

原因：1.温度升高，高分子热运动加剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回缩力更大，故高弹平衡模量越高；2.实际形变为非理想弹性形变，形变的发展需要一定是松弛时间，这个松弛过程在高温时比较快，而低温时较慢，松弛时间较长，如图。

按常识观察到的温度越高，橡皮越软就发生在非平衡态，即t<tO.10、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并说明区域名称及对应的粘度名称，解释区域内现象的产生原因。

第一牛顿区：低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为η0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。

幂律区（假塑区）：剪切速率升高到一定值, 发生构象变化，解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度ηa随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。

为熔体成型区。

第二牛顿区：剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定（达最低值）, 称牛顿极限粘度η∞, 又类似牛顿流体行为。

11、为什么实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体又带弹性？列举它们的具体表现形式。

如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分？实际橡胶弹性中带粘性的原因：构象改变时需要克服摩擦力。

高聚物粘性熔体又带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的，链段的运动会带来构象的变化。

它们的具体表现形式：橡胶拉伸断裂后有永久残余应变；橡胶快速拉伸会放热；挤出胀大等。

减少橡胶的粘性：适度交联。

大挤出成型中减少成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；增加口模长径比；降低分子量，特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。

12、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并标明区域名称及对应的粘度名称，解释区域内现象的产生原因。

第一牛顿区：低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为η0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。

幂律区（假塑区）：剪切速率升高到一定值, 发生构象变化，解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度ηa随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。

为熔体成型区。

第二牛顿区：剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定（达最低值）, 称牛顿极限粘度η∞, 又类似牛顿流体行为。

13.熔融指数与相对分子质量有什么关系，简述之。

解：高聚物相对分子质量大小对其黏性流动影响极大。

相对分子质量增加，使分子间的作用力增大，显然会增加它的黏度，从而熔融指数（MI ）就小。

而且相对分子质量的缓慢增大，将导致表观黏度的急剧增加和MI 的迅速下降。

表6-5可见，对LDPE ，相对分子质量增加还不到三倍，但是它的表观黏度却已经增加了四、五个数量级，MI 也就降低了四、五个数量级。

14、简述聚合物熔体和溶液的普适流动曲线，说明η0和η∞的含义并以分子链缠结的观点给以解释。

聚合物熔体和溶液的普适流动曲线将流体流动分为三个区域，第一牛顿区，假塑性区和第二牛顿区。

从该曲线可以看出各区内剪切粘度与剪切速率的关系。

第一牛顿区：低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为η0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。

剪切速率升高到一定值, 发生构象变化，解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度a 随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。

为熔体成型区。

剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定（达最低值）, 称牛顿极限粘度η∞, , 又类似牛顿流体行为。

15、分别画出牛顿流体、理想弹性体、线形和交联聚合物的蠕变曲线及回复曲线牛顿流体：蠕变曲线16.为什么高聚物的流动活化能与相对分子质量无关？解：根据自由体积理论，高分子的流动不是简单的整个分子的迁移，而是通过链段的相继跃迁来实现的。

形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动。

因而其流动活化能与分子的长短无关。

a E RTA e η=⋅，由实验结果可知当碳链不长时，Ea 随碳数的增加而增加，但当碳数>30时，Ea 不再增大，因此聚合物超过一定数值后，Ea 与相对分子质量无关。

17. 解释为什么高速行驶中的汽车内胎易爆破.解：汽车高速行驶时，作用力频率很高，Tg 上升，从而使橡胶的Tg 接近或高于室温。

内胎处于玻璃态自然易于爆破。

18、举例说明和区分以下的聚合物熔体的流动类型：1）层流和湍流；2）稳定与不稳定流动；3）等温与非等温流动；4）剪切流动与拉伸流动；5）压力流动与拖曳流动。

1Re<2000 层流Re>4000 湍流2如正常操作的挤出机中，塑料熔体沿螺杆螺槽向前流动属稳定流动如在注射模塑的充模过程中，塑料熔体的流动属于不稳定流动3塑料成型的实际条件下，聚合物熔体的流动一般都呈现非等温状态.一是由于成型工艺有要求将流程各区域控制在不同的温度下；二是粘性流动过程中有生热和热效应4质点速度仅沿流动方向发生变化质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化5如运转滚筒表面对流体的剪切摩擦而产生流动。

压延成型片材等即为拖曳流动塑料熔体注射成型和挤塑成型等，在流道内的流动属于压力梯度引起的剪切流动19、何为不稳定流动？聚烯烃熔体不稳定流动的类型有哪些？举例说明提高流动稳定性的措施。

1凡流体在输送通道中流动时，流动状态都随时间而变化的流动。