高分子材料与加工考题知识点

复习课主要内容1 在工业上获得成功应用的“高分子材料”在概念上要具有哪些方面的特点或要求？（重要）a有一定的力学性能；b兼或同时具有一定的功能特性；c具有一定的可加工性；d市场价值（经济价值）；e环保、节能、安全特征（社会价值）。

要求：可满足生产或生活中的某种需要，并能够参与社会经济发展的循环过程。

2为什么聚合物流体通常被认为是软物质或复杂流体？（理解，不需掌握）软物质：即复杂流体，主要特征是易形变，弱力引起大形变。

聚合物流体同软物质都是多层次多尺度，小刺激产生大变化。

3如何理解“流动”？（重要）流动：运动单元在外场作用下相对运动并损耗能量。

聚合物流体的流动现象：聚合物流体某尺寸水平上的运动单元在外场作用下相互间产生相对运动并损耗能量的现象。

4 为什么高分子材料往往需要在加工成型过程中对其流动性进行必要的调控？甚至有些高分子材料流动性的调控非常困难以至难以规模化工业生产？（了解）高分子材料通常不具有所需要的流动性，因此需要对其进行调控以实现材料的工业化生产。

而高分子材料不具有所需要的流动的原因有：1时间尺度不匹配：基于聚合物流体在不同空间结构尺度上的相对运动而形成的聚合物流体流动往往超出高分子材料成型加工生产实际所需要的时间尺度要求，太慢或者太快。

2分子链间的相互作用的影响：影响分子链间的相对运动，影响凝聚态结构及超分子结构的稳定性（破坏或重建）及其不同运动单元的相对运动。

3分子链间相互作用形式：分子链间的相互作用是形成高聚物多姿多彩的凝聚状态的内在原因，是指大分子间存在的形式多样的次价键作用力——分子间作用力，它们具有不同的强度、方向性及对距离和角度的依赖性，是材料结构自组织形成并发生演变的基础；包括：Van de Waals力、氢键及分子间配键作用。

5为满足成型和加工的需要，通常如何获得或调控某些特定的高分子材料的流动性？（没记）a、主要调整温度压力等外在工艺技术条件，包括：Van de Waals力、氢键及分子间配键作用；b、主要对分子结构进行化学改性（如纤维素），或将化学结构控制和工艺技术条件控制相结合，如对一些天然高分子材料。

c、主要优选并引入增塑剂等低分子物或超临界流体等介质，如对淀粉、PVC等聚合物材料。

6 聚合物材料的可加工性通常包含哪些方面？（没记）1. 可模塑性：Mouldability2. 可挤压性：Extrudability3. 可纺性：Spinnability4. 可延性：Stretchability7 熔融指数？熔融指数在实际的成型加工过程中有什么样的应用？其局限性？（重要）熔融指数（MI），全称熔液流动指数，或熔体流动指数，是在一定温度和压力作用下，10min 内从特定毛细管中流出聚合物熔体的克数。

应用：用MFI确定HDPE用途；利用MFI确定PP用途描述的是特定温度、流场条件下聚合物流体的流动性，并以此确定聚合物的牌号。

其对聚合物流体流动性的表征具有局限性，熔融指数概念更多局限于PE、PP。

8 什么是可挤压性？可模塑性？（明确定义或公式）可挤压性：聚合物通过挤压作用产生形变并由此获得形状和保持形状的能力。

可模塑性：材料在一定温度和压力作用下产生形变并在模具中获得特定的形状、保持该形状的能力。

9 什么是流变？什么是流变学？（明确定义或公式）流变：流动和变形，在本质上是材料某尺度上的运动单元在外场作用下产生相对运动，同时伴随因材料结构变化引起材料形变响应的现象或过程。

流变学：研究流变的科学，即研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。

研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。

10 什么是静态流变学？（明确定义或公式）又称稳态流变，研究单一方向稳态剪切作用下聚合物流体的流动和变形。

11 什么是动态流变学？（明确定义或公式）研究周期性动态作用下聚合物流体的流动和形变。

12什么是剪切速率？（明确定义或公式）剪切应力：单位面积上剪切力的大小。

τ=F/A剪切速率：单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。

γ=d(dx/dy)/dt剪切速率的含义：(1)流体流动速度的梯度;(2)距离dy的液层在dt时间内相对移动的距离；(3)单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。

13什么是牛顿流体？其在结构上有什么特点？（没记）牛顿流体：满足牛顿定律（τ=η·γ）的流体。

黏度不随剪切条件的改变而改变；剪切应力和剪切速率始终呈正比关系；流体内部结构不随剪切条件改变而变化。

14 什么是牛顿粘度？（没记）η=τ/γ15什么是表观粘度？（没记）不满足牛顿定律的流体为非牛顿流体，其粘度定义为表观粘度。

是指在一定速度梯度下，用流速梯度除以相应的切力所得的商。

16什么是假塑性流体？什么是涨塑性流体？什么是宾汉流体？分别具有什么样的结构特点？（没记）幂律定义为τ=Kγn，n>1微涨塑性流体，n<1为假塑性流体，n=1为牛顿流体。

宾汉流体：当应力小于某一临界值时，流体呈现纯弹性体特征，应变速率为零，当应力大于临界值时，流体呈现为宾汉流体。

假塑性流体：是非牛顿流体中最为普通的一种，表现的流动曲线是非直线的。

流体的表现粘度随剪切应力的增加而降低。

涨塑性流体：这种流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的表现粘度会随剪切应力的增加而上升。

属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，解释为当悬浮液处于静态时，体系中有固体粒子构成的空隙最小，其中流体只能勉强充满这些空间。

当施加于这一体系的剪切应力不大时，流体可以在移动的固体颗粒间充当润滑剂，因此表观粘度不高。

但当剪切速率逐渐增高时，固体离子堆彻被破坏，整个体系显得有些膨胀，此时流体不能充满所有空隙，润滑作用受限，表观粘度就随着剪切速率的增大而增大。

宾汉流体：其剪切应力和剪切速率的关系变现为直线，它的流动只有当剪切应力高至于一定值后才发生塑性流动。

之所以这样是流体在静止时形成了凝胶结构，外力超过τy时这种三维结构受到破坏。

17什么是幂律定律？通常有哪两种形式？其描述聚合物流体流变行为上的局限性？（没记）幂律定义为τ=Kγn，n>1微涨塑性流体，n<1为假塑性流体，n=1为牛顿流体。

或者logτ=logK+klogγ或者γ = k ⋅τm局限性：18什么是稠度？什么是流动度？（理解）稠度：当剪切应力作用于材料时，材料抵抗流动（永久变形）的性质，从总体上描述一个物体的流动性，是材料内部摩擦的一种变现。

对非牛顿流体有时就用切变力-切边速率关系曲线上某切变速率时的斜率来表示物体的稠度。

流动度：19什么是线性粘弹性？如何确定某聚合物流体的线性粘弹性？（理解）可以用Hooke’s solid和Newton Liquid线性组合进行描述的粘弹行为成为线性粘弹性。

测量：静态法和动态法，都是测量在特定应力和应变条件下的流变响应曲线。

静态实验为在阶跃应力或应变作用下，观察应力或应变随时间的发展。

动态实验则采用斜边的应力或应变，来观察相应的应变或应力的响应。

20理想的牛顿流体是粘性的流体，为什么这类流体没有弹性？（特别注意）理想牛顿流体没有能量存储，没有储能模量，因此没有弹性。

而满足虎克定律的流体没有粘性。

21聚合物粘弹性流体的松弛时间的定义？指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需时间。

22举例说明流变学在生产或生活的应用？（1）研究结构与性能的关系：多相多组分体系中结构的均匀性（定性），包括聚合物共混相结构演变（相分离、相分散、相归并）；流变性能与结构的定量关系（本构模型）。

（2）生产：墨水品质分析与控制、果汁结构稳定性分析、啤酒泡沫的持久性、热熔胶品质选择。

举例：煮水饺时放一些盐巴，防止水饺在煮的过程中破皮，因为盐溶解在水中可促使溶解的淀粉蛋白质等大分子盐析出来，在水饺表面形成凝胶类结构，提高水饺皮强度，减弱了流变产生破碎的倾向23在化工流体的管道输送中，常常加入一些聚合物到流体中，以提高输送能力并降低能耗，其依据是什么？为了消除湍流；很少的聚合物可使黏度迅速提升，湍流没有了，能耗降低，相对流体的输送量增多。

24当流体流经截面积逐渐减小的流道时的流动常称为收敛流动，试比较牛顿流体和假塑性流体分别在收敛流动中流动方式上的不同？假塑性流体有弹性，其中的长分子链供拉伸：有剪切作用也有拉伸作用。

而牛顿流体没有长分子链：只有剪切而没有拉伸作用。

25什么是零剪切粘度？极限粘度？静态流变学确定零件切黏度：η=动态：极限粘度：又称特性粘度，高聚物溶液的浓度较稀时,其相对粘度的对数值与高聚物溶液质量浓度的比值。

26 对于假塑性流体而言，其零剪切粘度和极限粘度的意义是什么？27什么是简单圆管？为什么在流体计算时常需要将部分流道假定为简单圆管的结构？简单圆管：具有均匀圆形截面而且沿管轴方向半径均保持恒定的简单圆形管道。

简单圆管中流体流动通常为比较简单的一维流动，讨论时比较易于处理。

28理想的牛顿流体在简单圆管中的流速分布是典型的抛物线形状，请用图示画出牛顿流体、假塑性流体和涨塑性流体在简单圆管中的流速分布上有何不同？（画图，重点是流速分布）假塑性流体最尖，牛顿流体中间，涨塑性流体最不尖。

29成型加工过程中一般需要控制好聚合物流体在成型加工设备中流道内的流动，通常需要从哪些影响因素着手考虑？（了解）30假塑性流体为什么经历一个收敛流动进入毛细管结构时会产生入口压力降？物料经过入口区时经历强烈的拉伸流动和剪切流动，会因此储存和消耗部分能量，导致产生压力降。

31什么是端末效应？其产生的流体结构基础是什么？牛顿流体流经毛细管流道时是否会产生端末效应？当聚合物流体由较粗的流道进入毛细管式时，沿流动方向都会产生压降，一方面消耗于粘性流体的摩擦损耗，同时存在与流动过程中沿毛细管轴向分子链产生一定程度的取向；若毛细管比较短，流体在出口处会出现回弹现象，即端口处流体比毛细管中显著膨胀的现象。

这种在毛细管入口端产生压力将和出口端离模膨胀的现象，与聚合物提的黏弹性有关，称为端末效应，或分别称为入口效应和模口膨化效应牛顿流体：32聚合物流体的端末效应在成型加工过程中，尤其在挤出过程中，往往是影响产品尺寸控制的重要方面，如需要进一步减弱这种不需要的端末效应，可以考虑用哪些具体的措施或方法？33什么是聚合物流体的熔体破裂现象？挤出过程中若出现这种现象通常是什么原因？如何消除？（重要）熔体破裂：在一定的工艺技术条件下，通过一定流道后挤出物出现的表面粗糙如鲨鱼皮、无光泽、粗细不均匀、扭曲，或得到波浪形、竹节形、周期性螺旋形挤出物，甚至断裂性形状不规则的碎片或圆柱，这种基础是出现的成为熔体破裂现象。

原因：具体原因还不清楚，但主要源于管壁上的滑移和流体内的弹性（分子链响应显著慢于外力场或应力场的变化）（老师说：分子链间相互作用远小于弹性力，难维持原状态，因此扭曲，但有方向）。