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.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。 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）。 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。
第一章 1.流变学(Rheology)是研究物质变形与流动的科学。实际物质在外力作用下怎样变形与流动，这是物质本身固有的性质，可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。流变学就是研究物质流变性的科学。 2.流变学研究的是纯弹性固体和牛顿流体状态之间所有物质的变形与流动问题。 3.流变学更注重不同物质的力学性质与其内部结构之间的关系 4.流变学中物质所受到的力用应力或应力张量表示 5.流变学中用应变或应变速率表示物质的运动状态即变形或流动。 6.流体质点就是流体中宏观尺寸非常小而微观尺寸又足够大的任意一个物理实体。 7.物质状态的变化称为变形，而物质连续无限地变形就是流动。 8.流变学中有三种基本变形：简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀 9.反映材料宏观性质的数字模型称为本构方程，亦称为流变状态方程和流变方程 10.对一些简单的流变性制的描述也可以用曲线形式表示，如剪切应力与剪切速率关系曲线，粘度随剪切速率变化曲线等，并称之为流变曲线。 第二章 1.散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。 2.分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。均匀分散体系是由一相所组成的单相体系，而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组成的多相体系。 3.非均匀分散体系必须具备2个条件：①在体系内各单位空间所含物质的性质不同；②存在着分界的物理界面。 4. 对非均匀分散体系，被分散的一相称为分散相或内相，把分散相分散于其中的一相称为分散介质，亦称外相或连续相。 5.尽管非牛顿流体在微观上往往是非均匀的多相分散体系，或非均匀的多相混合流体，但在用连续介质理论或宏观方法研究其流变性问题时，一般可以忽略这种微观的非均匀性，而认为体系为一种均匀或假均匀分散体系。 6.对非牛顿流体，没有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表观粘度，这是非牛顿流体的一大特点。 7、一受力就有流动，但剪切应力与剪切速率的不成比例，随着剪切速率的增大，剪切应力的增加速率越来越大，即随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大，这种特性被称为剪切增稠性（shear thickening）。因此，膨肿性流体具有剪切增稠性。随着剪切速率的增加，表观
1. 一个纸杯装满水置于桌面上，用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出， 杯子仍位于桌面不动。如果杯里装的是高聚物溶液，这次子弹把杯子打出8米远，解释之。 答：低分子液体如水的松弛时间是非常短的，它比子弹穿过杯子的时间还要短，因而虽然子弹穿过水那一瞬间有黏性摩擦，但它不足以带走杯子。 高分子溶液的松弛时间比水大几个数量级，即聚合物分子链来不及响应，所以子弹将它的动量转换给这个“子弹－液体－杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。 2. 已知增塑PVC 的Tg 为338K ，Tf 为418K ，流动活化能 ，433K 时的粘度为5Pa. s 。求此增塑PVC 在338K 和473K 时的粘度各为多大 答：在 范围内，用WLF 经验方程计算 又因为473K>Tf ，故用Arrhenius 公式计算， 或 3. 溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高 而升高，怎样理解 答：在常温下，线团密度很大时，随温度升高，线团趋向松解，粘度增高。 在良溶剂中线团密度已经很小，随着温度的升高，线团密度变化不大，粘度降低。 4. 为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型 分子量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提高，粘度比窄分布的试样低。 5. 为什么高分子熔体的表观粘度小于其真实粘度 6. 不受外力作用时橡皮筋受热伸长；在恒定外力作用下，受热收缩，试用高弹性热力学理论解释. 答：（1）不受外力作用，橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分子的热运动。 （2）恒定外力下，受热收缩。分子链被伸长后倾向于收缩卷曲，加热有利于分子运动，从而利于收缩。其弹性主要是由熵变引起的，Tds fdl =-中，f ＝定值，所以，0dl T ds f =-< 即收缩，而且随T 增加，收缩增加。 7、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象 解：橡胶在张力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在张力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的内旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。 9. 今有B-S-B 型、S-B-S 型及S-I-S 型、I-S-I 型四种嵌段共聚物, 其中哪些可作热塑性橡胶，为什么 (B 代表丁二烯，I 代表异戊二烯) 答：只有S-B-S 和S-I-S 两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶，其余两种不行。因为S-B-S 和S-I-S 的软段在中间，软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于用化学键交联的橡胶，形成了对弹性有贡献的有效链——网链。而B-S-B 和I-S-I 软段在两端，硬段在中间。软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的端链，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以，这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。 10. 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131.8-?=?mol kJ E ηC T T g g ο100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηs Pa g T ?=∴1210ηRT E e /0ηηη?=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=????=ηηs Pa ?=?=∴1.48226.05)473(η
高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 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。 胀塑性流体：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、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。 10、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。 11、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。 12、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。 13、稳定流动：流动状态不随时间而变化的流动。 14、零切黏度——剪切速率趋向于零时的熔体黏度，即流动曲线的初始斜率。 15、非牛顿性指数：幂律公式 ? =n s Kγ σ中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，
聚合物流变学的学习与心得体会 通过一学期的聚合物流变学的学习，使我对其有了初步的了解。现在针对平时学习笔记和课后浏览相关书籍所获知识进行总结。 一、聚合物流变学学习内容 1. 流变学中的基本概念 流变学是研究材料的流动和变形规律的科学，是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。聚合物随其分子结构、分子量的不同，以及所处温度的不同，可以是流体或固体，它们的流动和变形规律各不相同，也即有不同的流变性能。聚合物流变学是研究聚合物及其熔体的变形和流动特性。 1.1 粘弹性流体特性及材料流变学分类 粘性流体的流动是：变形的时间依赖性；变形不可恢复（外力作的功转化为热能）；变形大，力与变形速率成正比，符合Newton's流动定律。 根据经典流体力学理论，不可压缩理想流体的流动为纯粘性流动，在很小的剪切应力作用下流动立即发生，外力释去后，流动立即停止，但粘性形变不可恢复。切变速率不大时，切应力与切边速率呈线性关系，遵循牛顿粘性定律，且应力与应变本身无关。 流体→流动→粘性→耗散能量→产生永久变形→无记忆效应 根据经典固体力学理论，在极限应力范围内，各向同性的理想弹性固体的形变为瞬时间发生的可逆形变。应力与应变呈线性关系，服从胡克弹性定律，且应力与应变速率无关。 固体→变形→弹性→储存能量→变形可以恢复 聚合物流动时所表现的粘弹性，即有粘性流动又有弹性变形，与通常所说的理想固体的弹性和理想液体的粘性大不相同，也不是二者的简单组合。 材料流变学分类
???? ????????==????=?=???? ????????==∞=????=?=)),,(()),,((.3.2())((.1)),,(.30,(.2))((.1t f t f t f G G G G E γγσγγσγησγγησγγσγγγσγσ&&&&&非线性线性粘弹性流体无粘性 牛顿流体）线性非线性粘性流体流体非线性线性（粘弹性固体） 刚体非线性）为常数、线性（弹性固体固体 其中非牛顿流体 ???粘弹性流体 广义牛顿流体非牛顿流体 基本变形方式：拉伸（压缩）、剪切、膨胀。 1.2 高分子流体的粘弹性 （1）即有粘性流动又有弹性变形，粘弹性流体的流动是一种有可恢复形变的流动，具有流体和固体的双重性质。 （2）应力（应变）取决于应变（应力）历史，而不是应变（应力）的瞬时值。即应力（应变）相应具有时间依赖性。 （3）流动过程中表现出的粘弹性偏离胡克定律和牛顿定律，模量和粘度强烈的依赖于应变（应变速率），应力与应变（速率）之间呈现非线性关系。 1.3 流变学力学基础 聚合物流动时，其内部的应力状态十分复杂，既存在剪切应力，还存在法向应力，各个不同方向上的应力值不等。为了正确的研究聚合物的非线性粘弹性行为，借助于线性理论的概念进行讨论，定义流变学研究中的基本物理量：应力张量、偏应力张量、形变张量、形变率张量、速度梯度张量，以及基本流变学函数：剪切粘度，第一、二法向应力差函数，拉伸粘度等。 （1）应力和应力张量 物体在外力或外力矩作用下会产生流动或形变，同时为抵抗流动或形变，物体内部产生相应的应力。牛顿流体的应力状态比较简单，但是聚合物流动过程中既有粘性形变，又有弹性形变，其内部应力状态相当复杂，要全面描述非牛顿流
6流变学方法在聚合物研究中的应用 6.1 测量分子量及其分布的流变学方法 分子量(MW)和分子量分布(MWD)在确定聚合物的物理性质时起了很重要的作用，因此得到聚合物的分子量和分子量分布对聚合物工业是必不可少的。如果已知某种可测量的物理性质对分子量的依赖性，原则上就可以通过测量这种物理性质来确定分子量。而且对分子量的依赖性越强，确定分子量的敏感度就越高。通常所采用的确定聚合物分子量及其分布的方法有凝胶渗透色谱法(GPC)、光散射和本征粘度法等。表6-1列出了几种常用方法对分子量的依赖性及敏感度(Mead 1994)。虽然这些方法(如GPC)得到了广泛的应用，但是实验中样品的准备时间和测试时间使它们不适用于在线过程控制，而且要求所测试的聚合物能在室温下很容易地溶解于溶剂中，但是许多工业上大量应用的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯和含氟聚合物(聚四氟乙烯)等，在室温下可能只能部分地溶解于普通的溶剂。有时即使传统的方法可行，这些方法的灵敏度和精度都不高，特别是对于分子量分布有高分子量尾部的样品，而高分子量尾部对聚合物加工性能的表征有很大影响。鉴于传统方法的不足，又由于聚合物的分子量及其分布与聚合物的粘弹性质有密切的关系，因此就有了利用聚合物粘弹性质来确定分子量分布的流变学方法。与传统的方法相比，流变学方法可以作到快速测量，而且不需要溶剂来溶解聚合物，因而从理论上将对任何聚合物都适用。流变学方法的另一个优点就是对高分子量尾部的灵敏度高。 表6-1 用分子量区别线性柔性聚合物的各种方法的分子量标度 方法 对分子量的 依赖性关系 对分子量的 敏感度关系 其它 GPC M1/2 M-1/2 排除体积 对高分子量部分不敏感 本征粘度 M0.6 M-0.4 流体体积法 对高分子量部分不敏感 光散射 M1M0 对高分子量部分敏感 渗透压 M-1 M-2 对低分子量聚合物的数均分子量较准 零剪切粘度 M3.4 M2.4 适用于具有类似分布形状的体系 可回复柔量 (M z/M w)~3.5 … 反映了分子量分布的分散性 对分子量绝对值不敏感 分子量对聚合物粘度的影响取决于分子量的大小：当分子量小于缠结分子量 e M时，零剪切粘度与分子量是一次方关系；当分子量大于缠结分子量时，零剪切粘度与分子量呈 3.4次方关系。分子量分布对动态粘度和动态模量的影响可以从图6-1看出。在低频范围 内，弹性模量随着分子量分布变窄而降低，这表明平衡可恢复柔量0 e J对分子量多分散性的依赖。在高频范围内，分子量分布的变宽对粘度有两个显著的影响：剪切变稀行为开始出现的频率更低；从牛顿区到指数定律区的转变过程变长。动态模量也有同样的表现：幅度
流变测量学基础（一） 一、流变学的基本概念 1. 流变学研究内容 流变学—Rheology ，来源于希腊的Rheos=Sream （流动）词语，是Bingham 和Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的流动和变形的一门科学。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity ）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。变形是固体的主要性质之一，对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress ）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity ）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation ）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation ）。 实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，我们称之为粘弹性，具有这种特性的物质我们称之为粘弹性物质。 2. 剪切应力与剪切速度 观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为由若干互相平行移动的液层所组成的，这种流动方式叫层流，如图1。由于各层的速度不同，便形成速度梯度dv/dh ，或称剪切速率。流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动，使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A ）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（Shear Stress ），单位为N ·m -2，即Pa ，以τ表示。剪切速度（Shear Rate ），单位为s -1，以γ? 表示。剪切速率与剪切应力是表征体系流变性质的两个基本参数。 图1 流动时形成的速度梯度
流变学在聚合物研究中的应用 概述 高分子熔体的流变行为是由其长链分子的拓扑结构决定的。当高分子主链上引入一定数量和长度的支链后，其粘弹性质与线形高分子会有明显不同。长链支化聚合物剪切条件下会表现出与线形高分子类似的应变软化，但由于支链的限制将有更长的末端松弛时间,并在拉伸条件下表现出与线形高分子完全不同的应变硬化松弛过程。支化对聚合物粘弹性质的影响，无论对工业界还是科学研究都是一个十分重要和基础的课题。近年来的一系列研究表明：一方面通过引入相同或相似结构单元的长支链可以明显提高聚合物的熔体强度(这对于熔融纺丝、吹膜等熔体拉伸加工过程是十分有利的)；另一方面也可以通过含有特征官能团支链的引入对聚合物进行改性，提高其光学、热学和力学性能。目前，随着控制聚合反应和机理研究的进一步深入，人们已能够直接得到各种具有明确拓扑结构的支化聚合物,如梳形[1]、星形、H形聚合物[2]等,这对支化聚合物流变学的深入研究与探索起了极大的推动作用。 与线形高分子不同,支化高分子熔体是热流变复杂的,其流变学特性主要表现在: (1)支化减小了高分子的流体力学体积,降低了零切粘度,支链松弛过程的加入使得整个高分子的末端松弛时间延长; (2)长链支化聚合物在拉伸过程中会表现出明显的应变硬化,并使得时- 温叠加原理不再有效; (3)支化高分子的拓扑结构对其整个松弛过程有显著的影响,支化密度和支链长度存在临界值,超过此临界值,支链松弛过程将会清晰地反映在动态粘弹谱上; (4)支化聚合物流变行为的温度依赖性是复杂的,多数支化聚合物的流变行为比相应线形聚合物有更强的温度依赖性,但也有一些支化聚合物和其相应线形高分子具有同样的温度依赖性,如聚异丁烯。 本文简介流变学在不同聚合物研究中的应用，并对流变学的发展方向做了展望。 1、流变学在聚乙烯研究中的应用 聚乙烯基本分为三大类,即低密度聚乙烯(LDPE)!高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)，三种聚乙烯分子结构见图如下
聚合物流变学复习题参考答 案2 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 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。 胀塑性流体：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、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。 10、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。
流变学第一章翻译 流变学可以被定义为流动和变形的科学。流变学作为自然科学中的一个独立分支早在60多年前就诞生了。他的出现时候由于人们在对许多众所周知的材料进行观察是发现了很多难以解释的问题。例如，涂料很明显地是是一种液体。因为它可能被灌进一个瓶子里，但是为什么它又不像其他的液体。它能够附着在一面垂直的墙上而不流淌下来呢？胶体溶液也是一种液体，但是为什么这种液体的黏度和其他的液体不同。当在变化的条件下测试它的黏度时，它就表现的反常。黏土上看起来很像固体，但是每个人知道，它可以被捏成任意的形状，但同时它也呈现出液体的性质，如果粘土像装在罐子里的酸奶，它就会很浓（但是在有意图的混合后）（粘土是固体，为什么粘土是固体，为什么它的一些性质又像液体，黏度很大）所以那种情形下我们测量的黏度数值是正确的呢？混凝土很像固体，也是刚性的，但是当施加一个外力的时候，又会像液体一样流动变形，那么这种情况又是什么原因呢，部分高分子材料看起来很硬，像固体，有点像部分金属材质的物体，但是这两种物质仔细观察会不同，当对一个金属材质的物体施加外力时，它会变形，而且形变保持时间较长，但如果是塑料材质的，变形后还会继续变形，贴药（例如牙膏或是用在身上的贴药）必须是可以顺利的应用的液态，但是又能太稀而留在皮肤上，这些贴药是不是液体呢？被广泛的应用在建筑方面的密封剂必须是液态，以便它们能够很好的将几个部分紧密联系在一起，但是，然后又要很快的固化，以便拼凑在一起的东西不会再散开来。密封剂是液体吗？ 这些例子可以很容易的扩展，一般特征是它们是相关的许多真材实料，它们是非常复杂的液体和固体状的，属性叠加所有展品，这主要是指，被广泛使用的液体和固体的词是不准确的，我们要引入一个新的词，来帮助我们理解那些具有液体和固体双重属性的材料的行为，此外我们需要新的方法来测定和表征方面的足够数量和真实材料的性质。 在希腊文学计时沙漏中社会流变学的标志(有时说流变学panta瑞)——也许被翻译为“一切流（一切物体都是流动的）" 无论多么不可能的，这句话(或思想体系)是来自希腊的赫拉克里塔斯学者（公元前536-470年)和来自更完整的引用语:一切物体都是流动的,并不会停滞不动；任何物体都会消失，不可能保持不变。”来自于社会名言SOR的父亲Eugene Cook Bingham,在当时的社会成立于1929年,这也折射出流变学的研究领域-----变形和流动。例如,我们习惯了流体是流动的观念,但是,在合适的时间和压力条件下，固体也是流动的。 这些新型的讨论过的现象，其下一个共同的特点就是存在的时间影响即时间范围内的观察结果。当然时间本身没有感觉,时间影响的体现是一些东西在实验的时间段发生了一种变化。大体说来，时间是在观察(或实验)期间材料结构发生变化的一种反应。 因此，流变学被认为是改变结构的真正材料的一种自然科学。当然任何自然科学自称有事实依据，并通过了现象学模型。模型被创建并没有反映全部特点,而最重要是这种物体的最突出特点。液体和固体也是模型，且其正式(数学)表示的经典作品源自霍克Rorbert和牛顿。 牛顿反映了液体的阻力如同一个容器的柱面旋转。他的理论转换成斯托克斯更精确的形式,他构造了大体像液体规律的行为。现在命名为Newton-Stokes法:
《化工流变学概论》复习参考 题型 选择填空简单综合 仅供参考 第一章：绪论 1.何谓流变学（Rheology）? 流变学是研究和揭示物质或材料流动和变形规律的科学。是化学、力学和工程学交叉的交叉学科。 2.流变学分支和方法论地位 流变学分支:高分子流变学、石油工程流变学、食品流变学、悬浮液流变学、地质流变学、泥石流流变学、固体流变学（金属加工流变学、岩石流变学）、非牛顿流体流变学、分形体流变学、生物流变学和血液流变学，光、电、磁流变学、日用化工流变学、表面活性剂流变学、界面流变学（至少记住5个P1） 方法论地位:流变学本身即体现出朴素的辩证观点，具有方法论作用，可与多种学科交叉，形成新的学科分支。？ 3.流变学主要研究对象：非牛顿流体的流变特性、粘弹性材料的流变特性、流变测量技术、流变状态方程，即本构方程（揭示物质受力和变形的本质规律。例：牛顿粘性定律、胡克定律）。 4.流变学与化学工程的关系/流变学与日用化工（轻化工？）的关系 化学工程：单体聚合反应、高分子加工、乳化过程与流体的流变行为密切相关。 要研究其传递和反应过程、设计反应器、工程放大，必须对流变特性有明确认识。 流变学提供材料的流变状态方程，用于解决非牛顿流体的动量传递问题，并进一步为非牛顿流体的热质传递和反应工程提供基础。流变学是非牛顿流体化学工程的重要理论基础之一。 日用化工：日用化学品（膏霜、乳液）为多组分、多相态的非牛顿流体。 日用化工过程为非牛顿流体的制造过程。 1）乳液、泡沫的稳定性：包括热稳定性、耐剪切稳定性、储存稳定性等（表面粘度、表面弹性） 2）产品的涂布性：均匀性和涂布难易性能 3）挤出能力，屈服应力 4）增稠性：各种流变性调节剂（粘多糖、聚丙烯酸等）5）流平性指甲油等 6）触变性膏霜、牙膏 7）流动控制能力 在洗衣粉料浆中加入适量甲苯磺酸钠，调节降低粘度，使之易于喷粉成型。 5.非牛顿流体的特殊性质： 剪切变稀、剪切增稠、屈服应力、触变性、粘弹性、爬竿效应、湍流减阻效应（Toms效应）、无管虹吸现象、挤出胀大 6.非牛顿流体的触变性： 若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而减小，并最终达到平衡粘度，该特性称为正触变性，简称触变性。涂料、牙膏等具有触变性。 若流体的应力或粘度随剪切时间的增大而增大，并最终达到平衡粘度，该特性称为反触变性。 7.粘弹性: 材料同时具有粘性和弹性的属性，称为粘弹性。高分子一般能够体现粘弹性。 8. Deborah准数：De=t/T t 为物质的特征时间 T 为观察物质运动的时间 物理意义：De 准数越大，则弹性越强, De 准数越小，则流动性越强。 9.触变性与剪切变稀的区别：触变性与剪切变稀的区别在于，材料的触变性和剪切变稀特性是两个不同的概念。前者是黏度随受剪切时间的变化关系，后者是指稳态剪切黏度随剪切速率的变化关系。（材料的反触变性和剪切增稠也是两个不同的概念，不可混淆）10.滞后环分类：黏弹环、，正触变滞后环、含黏弹环和正触变环的滞后环，含应力过冲和正触变环的滞后环，含黏弹环、应力过冲和正触变环的滞后环，含黏弹环、正触变环和反触变环的滞后环。 第三章：流变测量学 1.材料函数 N1为第一法向应力差；N2为第二法向应力差，与材料的弹性相关。 称为第一法向应力差系数 称为第二法向应力差系数 2. 在稳态剪切流场中获得的流变参数 1）稳态粘度 2）流动曲线：获得粘度随剪切速率的变化曲线 3）剪切速率扫描 4）应力增长、应力松弛 剪切速率随时间按矩形波变化，施加于材料上，测量材料的应力随时间的变化。用于分析材料的结构和触变性 5）触变环测试 剪切速率随时间按三角波或梯形波变化并施加于材料上，测量材料的应力随时间的变化。获得滞后环面积和过程变化曲线，可用于分析材料的结构变化和触变性。 6）温度扫描 ? ? ? ? ? = - = = - = = 2 2 33 22 2 2 1 22 11 1 12 ) ( ) ( ) ( γ γ ? τ τ γ γ ? τ τ γ γ η τ N N ) (γ η ) ( 1 γ ? ) ( 2 γ ? 称为表观粘度
四章聚合物流变学基础 1.与低分子物相比，聚合物的黏性流动有何特点？ 答：绝大多数低分子物具有牛顿流体的性质，即其粘性仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。比如水、甘油等。高分子稀溶液也是。而大部分聚合物熔体属于非牛顿流体中的假塑性流体，随剪切力增加而变稀。 与低分子物相比，聚合物的粘性流动（流变行为，主要是指聚合物熔体，而不包括聚合物溶液）具有如下特征： （1）聚合物熔体流动时，外力作用发生粘性流动，同时表现出可逆的弹性形变。 （2）聚合物的流动并不是高分子链之间的简单滑移，而是运动单元依次跃迁的结果。（3）它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。 （4）绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的，如挤出，注射，吹塑等。 （5）弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。 2.什么是牛顿型流体和非牛顿型流体？使用流变方程和流动曲线说明非牛顿型 流体的类型。 答：牛顿粘性定律：某些液体流动时切应力τ与切变率D之比为液体的粘度。遵循牛顿粘性定律的液体称为牛顿流体,凡是流体运动时其切变率D与切应力τ不成线性关系的流体称为非牛顿流体。 η=K(dvx/dy)n= Kγn-1式中，K为稠度系数，N?S”／m ；为流体特性指数，无因次，表示与牛顿流体偏离的程度。由方程式可见： ①当n=1时，η=K，即K 具有粘度的因次．此时流体为牛顿流体； ②当η<1时，为假塑性或剪切变稀流体； ③当η>l时，为膨胀塑性或剪切增稠流体； ④当剪切应力高于流动前的剪切屈服应力的流体叫宾哈流体 3.何为表观黏度？试述大部分聚合物熔体为假塑性流体的理由。 答：表观黏度为非牛顿流体剪切应力，即剪切速率曲线上的任一点所对应的剪切应力除以剪切速率。 因为大部分的聚合物是热塑性塑料而热塑性塑料的剪切速率在10-104S-1。流动曲线是非线性的，剪切速率的增加比剪切应力增加的快，并且不存在屈服应力，流体特征是黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低。 4.在宽广的剪切速率围，聚合物流体的剪切应力与剪切速率之间的关系会出现 怎样的变化？ 答：当塑料熔体按上述情况在等截面圆管流动时,它所受剪切应力和真正剪切速率之间应存在如式所示的关系. 规定圆管的半径为R,管长为L,于是在任意半径r处所受剪切应力即为:
第一章 绪 论 1． 流变学概念 流变学——研究材料流动及变形规律的科学。 高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。 图1-1 液体流动与固体变形的一般性对比 Newton’s 流动定律 γ ησ 0= 牛顿流体 H ooke’s 弹性定律 εσE = 虎克弹性体 实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。如沥青、粘土、橡胶、石油、蛋清、血浆、食品、化工原材料、泥石流、地壳，尤其是形形色色高分子材料和制品，它们既能流动，又能变形；既有粘性，又有弹性；变形中会发生粘性损耗，流动时又有弹性记忆效应，粘弹性结合，流变性并存。
对于这类材料，仅用牛顿流动定律或虎克弹性定律已无法全面描述其复杂力学响应规律，必须发展一门新学科——流变学对其进行研究。 流变性实质——“固-液两相性”，“粘弹性”并存。 这种粘弹性不是小变形下的线性粘弹性，而是材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹行为。 流动与变形又是两个紧密相关的概念。在时间长河中，万物皆流，万物皆变。流动可视为广义的变形，而变形也可视为广义的流动。两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同。按地质年代计算，坚硬的地壳也在流动，地质学中著名的“板块理论”揭示了亿万年来地球大陆板块的变化和运动。另一方面，如果以极快的速度瞬间打击某种液体时，甚至连水都表现了一定的“反弹性”。 1928年，美国物理化学家E.C.Bingham正式命名“流变学（rheology）”，字头取古希腊哲学家Heraclitus所说的“ ”，意即万物皆流。1929年成立流变学会，创办流变学报（Journal of Rheology），一般将此认为流变学诞生日。 流变学是一门涉及多学科交叉的边缘科学。 高分子材料流变学的研究内容与高分子物理学、高分子化学、高分子材料加工原理、高分子材料工程、连续体力学、非线性传热理论等联系密切；其研究对象的力学、热学性质相当复杂。
第四章 高分子流变本构方程的分子理论 采用分子论方法研究高分子液体的流变性质，首先要抓住高分子材料是由一些长度不同的链组成，每根链又由一系列单体单元构成的事实，研究分子链的结构细节、分子链构象及运动特性对材料流变性质的影响，阐明材料在链段和分子链层次的结构参数与材料流变特性的内在联系。 根据研究的材料对象不同，分子论路线对高分子稀溶液、亚浓溶液及浓厚体系（浓溶液及熔体）分别有不同的模型和处理方法。 所谓稀溶液，指溶液中各个分子链线团及其所属的流体力学体积（排除体积）相互无重迭，不发生作用。主要研究一条孤立链的粘弹性理论。研究结果已相当成功。 所谓浓厚体系，指分子链之间已发生聚集和相互作用，最典型的为发生了分子链间的缠结（entanglement coupling ）。由于缠结的本质至今尚不明确，为研究带来很大困难。de Gennes 和Doi-Edwards 等人分别建立了“蠕动模型”和“管道模型”，将多链体系简化为一条受到约束的单链体系，从而使问题的处理得以简化，得到了很有价值的结果。目前国际上对高分子链的缠结多用“蠕动模型”加以处理，已应用于诸如流动、扩散、弛豫、熔体结晶、相分离动力学等问题。 1． 高分子稀溶液和浓厚体系 按照现代高分子凝聚态物理的观点，高分子液体可以按照浓度大小及分子链形态的不同分为以下几种状态：高分子极稀溶液、稀溶液、亚浓溶液、浓溶液、极浓溶液和熔体（见图4-1）。 高分子极稀溶液 → 稀溶液 → 亚浓溶液 → 浓溶液 → 极浓溶液和熔体 分界浓度： s C *C e C **C 浓度范围： ～10-2% ～10-1% ～0.5-10% ～10 图4-1 高分子溶液及其分界浓度 接触浓度*c ：稀溶液和亚浓溶液的分界浓度； 缠结浓度e c ：亚浓溶液和浓溶液的分界浓度； 动态接触浓度s c ：极稀溶液和稀溶液间的分界浓度。
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.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。 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）。 10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道
第一章 1粘性;当相邻流层存在着速度差时，快速流层力图加快慢速流层，慢速流层力图减慢快速流层，这种相互作用随着速度差的增加而加剧，流体所具有的这种性质就是粘性2动力粘度：流体对变形的抵抗随形变速率的增加而增加的性质 3运动粘度：动力粘度与同温度下流体密度的比值4流变学：是一门研究材料或物质在外力作用下变形与流动的科学5流变学研究的是纯粘性固体与牛顿流体状态间的所有物质的变形与流动的问题5物质的流变性：物体在外力的作用下变形与流动的性质6连续介质：就是把物质看做是由一个挨一个的，具有确定质量的，连续的充满空间的众多微小质点所组成的7一般施加到材料上的力有三种或三种的组合：拉力，压缩力，切向力8应变速率又分为拉伸应变速率和剪切应变速率9剪切应变速率描述的是流体的剪切运动，拉伸应变速率描述流体的拉伸运动10剪切速率：单位时间内剪切应变的变化11本构方程（流变状态方程，流变方程）：料宏观性质的数学模型12物质的流变学分类：刚体，线性弹性体，弹粘性体（弹粘性固体，粘弹性流体），非线性粘性流体，牛顿流体，无粘性流体。13德博拉准则：De很小，呈现粘性，很大，呈现弹性14分散体系：指将物质（固态，液态，气态）分散成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质之中所形成的体系15非均匀分散体系具备的2个条件：在体系内个单位空间所含物质的性质不同，存在着分界的物理界面16流体的流变性分类：按照流体是否含牛顿内摩擦定律（牛顿流体，非牛顿流体），按流体是否具有弹性(纯粘性流体，粘弹性流体)，按照流变性是否与时间有关（与时间有关的流体，与时间无关的流体）17与时间无关的流体：牛顿流体，胀流型流体，宾汉姆流体，屈服-假塑性流体，卡森流体18随着剪切速率的增加，表观粘度是减小的，因此假塑性流体具有剪切稀释性19剪切稀释性：对于假塑性流体，随着剪切速率的增加或剪切应力的增加，表观粘度降低，对其他类型的非牛顿流体，也表明这一特点，这一特点在流变学上称为剪切稀释性20具有剪切稀释性的原因：假塑性流体是最常见的非牛顿流体，在乳胶类，悬浮类，分散类物料中广泛遇到。这些体系中存在着大分子，细颗粒，在静止时他们松散的集合或自由的排列，在外力的作用下会很快的使之分散或定向，使流动阻力相对的减小，表现出剪切变稀的特性21胀流型流体的内部结构特点：剪切增稠性是流体结构从一种有序状态到无序状态的变化；剪切力超过了颗粒之间的胶体力，因为这种流体是在自身胶体力的作用下形成有序结构的；具有不太低的内相浓度，且内相浓度处于一个较窄的范围内；内相颗粒的尺寸分布是单分散强于多分散；剪切增稠性还与颗粒尺寸分布是单分散强于多分散；剪切增稠性还与颗粒尺寸，界面性质和介质粘度有关；剪切增稠性往往只产生一定的剪切速率范围内，在更低或更高的剪切速率下，其流变性可能呈现假塑性或屈服-假塑性状态22剪切增稠性：随着剪切速率的增大，流体的表观粘度增大23屈服值：流体产生的大于零的剪切速率所需的最小切应力24屈服值得大小主要是由体系所形成的空间网状结构的性质所决定的 25屈服-假塑性流体：有些物料在较小的外力作用下，观察不到流动现象，只有当外力大于某值时，物料才发生流动，但流动发生后，剪切速率又对剪切应力的影响是非线性的，表现出这种特性的流体是屈服-假塑性流体26触变性：在剪切应力作用下，表观粘度随时间连续下降，并在应力消除后表观粘度又随时间而逐渐恢复27反触变性流体:在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，其表观粘度随剪切作用时间逐渐增加，当剪切消除后，表观粘度又逐渐恢复28触变性流体的触变行为特征：流体的表观粘度随剪切时间而下降；流体的表观粘度随静止的时间而增长；流体存在动平衡态流变曲线；反复循环流体可得滞回环；无限循环剪切流体可得到平衡滞回环29触变性机理：30粘弹性流体：既具有粘性又具有弹性的一类流体31粘弹性流体的流变现象;爬杆现象，挤出胀大现象，同心套管轴向流动现象，回弹现象，无管虹吸现象，次级流现象32应力松弛：当对粘性体施加外力使其变形并保持应变一定时，应力会随时间而逐渐减小，这种现象为应力松弛33弹性之后：粘弹性体的应力-应变曲线不是直线，而且其应力上升与下降对应的应力-应变曲线不重合，这种现象称为弹性滞后34流变学的三种流变模型：元件型（弹性元件，粘性元件），简单组合型，复杂组合型麦克斯韦模型：一个弹性元件和一个粘性元件串联即构成麦克斯韦模型35作用在分散相颗粒上的力：胶体源力，布朗力，粘性力36原油中的烃类化合物主要包括：烷烃，环烷烃，芳香烃，非烃类化合物主要是沥青质和胶质37在常温常压下，C1~C4的烷烃为气态，C5~C16的烷烃为液态，C17以上的烷烃为固态38原油的流变性取决于原油的组成，即取决于原油中溶解气，液体和固体物质的含量，以及固体物质的分散程度，原油属于胶体体系，
《高分子流变学》 一、简介 高分子流变学是高分子材料及工程专业的重要课程，我专业设此课程为专业选修课。本课程在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学行为额基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，介绍了高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同之处，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍了流变学的测试原理和基本研究方法。进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。 二、 第一章绪论 第一节流变学的发展 一．定义 流变学是研究材料的流动和变形的科学，它是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。 二．流变学产生的简史与发展 流变学的诞生：宾汉（奠基人）与雷诺的故事； 流变学的发展：流变学出现在 20 世纪 20 年代；麦克斯韦的贡献；早期国际流变学发展； 目前关于流变学的研究十分活跃； 流变学应用：流变学与现代工业；流变学与地球科学；流变学与土木工程；三．流变学的研究对象：流动的固体；非牛顿流体。 四．流变学的研究内容：本构方程；力学模型；物理模型。 五．其他流变学技术：磁流变学；电流变学；血液流变学。 第二节高分子流变学概述 一．定义： 高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。 二．高分子流变学的发展 三．高分子流变学研究内容：结构流变学；加工流变学。 四．高分子流变学研究方法：挤出式流变仪；转动式流变仪；转矩流变仪。 第三节流变学与聚合物工业的关系 一．高分子加工的基本类型 1. 塑料加工：挤出、注塑 2. 纤维加工：口模、拉伸及拉伸粘度 3. 橡胶加工：压延、密炼、挤出 二．基本关系概述 三．在聚合物材料加工中的应用 第四节流变学在化妆品中的应用 第二章线性粘性流动 第一节基本概念 一．流动的类型 1. 层流、湍流