聚合物流变学简答题

聚合物流变学基础复习题动态力学性能：材料在交变力场作用下的力学性能。

爬杆现象：法向应力超过了离心力就将流体沿旋转轴向上推。

挤出膨胀：聚合物熔体经口模挤出后，其断面膨胀，大于口模的断面。

无管虹吸：对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。

对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称无管虹吸效应。

临界分子量：聚合物的性质随分子量的增加或减少，变化规律发生转折所对应的分子量。

蠕变实验：在不同的材料上瞬时地加上一个应力并保持恒定，然后观察各种材料的应变随时间的变化的实验。

应力松弛实验：使材料试样瞬时产生一个应变，保持恒定，然后观察应力随时间的变化的实验。

涂-4杯：国内应用最广泛的一种粘度杯，按GB/T 1723-93设计，适用于测量涂料及其它相关产品的条件粘度。

圆管中的稳定层流：流体仅沿着z轴方向在一根细管中流动，且每个质点的流动速度不随时间变化。

Couette流动：在外圆筒与内圆筒之间环形部分内的流体中的任一质点仅围绕着内外管的轴以角速度ω作圆周运动，没有沿Z或Y 方向流动。

锥板流动：发生在一个圆锥与一个圆盘之间，圆盘与平板之间的夹角很小，一般小于4度，在流动中，剪切面为具有相同θ坐标的圆锥面，速度梯度为θ方向，流体流动的方向为ψ方向。

进口效应：由于毛细管很细，压力传感器不能设置在毛细管壁上，它只可设在毛细管进口处的机筒内，这样测得的压力来计算粘度会偏高。

边缘效应：部分转矩被消耗在产生这种在边缘上的复杂流动上而造成的误差。

塑性：某些聚合物流体在受较低应力时像固体一样，只发生弹性形变而不流动，只有当外力超过某个临界值σy（屈服应力）时，它会发生流动，网络被破坏，固体变为液体。

假塑性：粘度随剪切速率的增大而下降的性质。

膨胀性：粘度随剪切速率的增大而增大的性质。

触变性：凝胶结构的形成和破坏的能力。

剪切稀化：粘度随剪切速率的增大而下降的性质。

学院：专 业：学 号：姓名：装订线 广东工业大学考试试卷 ( A ) 课程名称: 聚合物加工流变学 试卷满分 100 分 考试时间: 2011年 6月 2 日 (第 14 周 星期 四 ) 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 评卷得分 评卷签名 复核得分 复核签名 一、名词解释（21分，每个3分） 可回复形变 第二光滑挤出区 凝固层 松弛时间 螺杆特性曲线 入口校正 润滑平衡 二、填空（32分，每空1分） 1、造成聚合物出模膨胀的原因有： 和 。

2、假塑性流体的流动曲线包括3个区域，分别是 ； ； 。

对于假塑性流体，非牛顿指数 1，胀塑性流体牛顿指数 1。

3、在恒温、稳态情况下，大多数聚合物熔体的拉伸粘度随拉伸应力的变化出现 、 和不变三种情况。

4、高聚物分子量越大，松弛时间越 ，材料弹性越 。

分子量分布越宽，材料弹性越 。

挤出机挤出速率越高，材料弹性越 。

挤出机挤出温度越高，材料弹性越 。

压力越高，聚合物的粘度越 。

5、从流动曲线来看，偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物属于 流体。

炭黑填充橡胶属于 _______流体。

聚氯乙烯糊属于 流体。

6、充模过程中，熔体温度越 ，模温越 ，压力越小。

所用材料凝固温度______和热扩散系数越 _有利于冲模。

7、聚碳酸酯粘度对剪切速率依赖性 ；在实际挤出操作中，针对聚碳酸酯类高分子材料，采用调节 比调节剪切速率来改善它的流动性更好。

8、炭黑填充橡胶，在同样炭黑含量下，炭黑结构性越大，体系粘度越 ，体系弹性越 。

碳酸钙填充塑料，碳酸钙含量越高，体系粘度越 。

9、幂律方程是最简单的描述非牛顿流体剪切应力与剪切速率之间关系的方程，其本构方程是。

10、由流动边界所造成的剪切流动，称为；在两平行板间简单的剪切流动场中速度分布为。

11、在挤出成型过程中，节流比为0时，为自由挤出，挤出物塑炼质量较。

要实现稳定挤出，加料口的压力波动要。

三、简答题。

（47分）1、下面图1中（a）和（b）均是支化高分子与线性高分子材料粘度随剪切速率变化曲线，试给出两图的不同点？并解释原因。

聚合物流变学复习题一、名词解释1.应力松弛：在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象2.时温等效原理：延长松弛时间与升高温度对材料的应力松弛具有相同的作用。

3.挤出胀大现象：高分子熔体在加工过程中从口模处挤出时，或用毛细管流变仪、熔体指数仪进行进行黏度测量时，出口处的直径大于流道直径的现象二、填空题1.流变学是一门研究材料形变与流动规律的一门学科。

其研究方法有连续介质流变学和结构流变学。

2.联系应力张量和应变张量或应变速率张量之间的关系的方程称为本构方程，也称为流变状态方程3.黏弹行为从基本类型上可以分为：线性和非线性的；从应力作用方式来看，又可以分为静态和动态的。

对于高分子材料来说，蠕变和应力松弛是典型的静态行为的体现，而滞后效应则是动态黏弹性的显著体现.4.所谓线性黏弹性，必须符合：正比性和加和性5.高分子材料的动态黏弹行为除了具有频率依赖性外，还具有温度依赖性。

根据时温等效原理，在一定程度上升高温度和降低外场作用频率是等效的。

6.一般来说，剪切流洞可以分为压力流动和拖曳流动。

7.根据时温等效原理，可得到在更长或更短时间内的数据。

更长时间内的数据可从较高温度时的数据得到，更短时间的数据则可从较低温度时的数据得到。

8.在硬质聚氯乙烯制品加工中，质量控制的关键是凝胶化程度9.常用的流变仪有毛细管流变仪、转矩流变仪、旋转流变仪10.非牛顿指数n=1时，流体为牛顿流体；n<1时，流体为假塑性流体；n>1时，流体为胀塑性流体11.聚合物流体一般属于假塑性流体，粘度随着剪切速率的增大而减小，用幂律方程表示时，则n＜1（＞，﹤，＝）通常假塑性流体的表观粘度小于（大于，小于，等于）其真实粘度。

(p29)三、判断题1.分子量相同的俩聚合物，在相同剪切速率下，分子量分布宽的物料黏度叫分子量分布窄的高。

（×）2.第二法向应力差是出现二次流动的必要条件，第二法向应力差等于零时不会产生二次流动。

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131.8-⋅=∆mol kJ E ηC T T g g 100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηsPa g T ⋅=∴1210ηRT E e /0ηηη∆=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=⨯⨯⨯⨯=ηηsPa ⋅=⨯=∴1.48226.05)473(η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。

聚合物流变学复习题含参考答案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。

弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺⼨稳定性。

之所以出现以上的特点，主要原因有：⾼分⼦的流动是通过链段的协同运动来完成的；⾼分⼦的流动不符合⽜顿流体的流动规律。

5、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，其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。

6、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。

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。

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。

分⼦量分布越宽，粘流温度越低。

.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。

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。

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。

7、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t8、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。

聚合物材料加工流变学复习资料2010-06-02 21 ：00：59 阅读165 评论0 字号：中流变学：是研究材料流动及变形规律的科学。

熔融指数：热塑性塑料在一左温度和压力下，熔体在十分钟内通过标准毛细管的重量值。

表观剪切黏度：聚合物流变曲线上某一点的剪切应力与剪切速率之比牛顿流体：指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。

可回复形变：在一左时间内维持该形变保持恒左，而后撤去外力，使形变自然恢复，发现只有一部分形变得到恢复，另一部分则作为永久变形保留下来，其中可恢复形变量Sr表征流体在形变过程中储存弹性能的大小。

第2光滑挤出区：剪切速率持续升高，当达到第二临界剪切速率后，流变曲线跌落，然后再继续发展，挤出物表面可能又变得光滑，这一区域称为第二光滑挤出区。

冷冻皮层：实际上熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成冷冻皮层，使熔体流道宽度Z下降。

法向应力效应：聚合物材料在口模流动中，由于自身的黏弹特性，大分子链的剪切或拉伸取向导致其力学性能的齐向异性，产生法向应力效应。

松弛时间：弹性形变在外力除去后松驰的快慢，可用松驰时间表征，T二q/G, T越大，松驰时间越长。

德博拉数Deborah数一一时间尺度：松弛时间与实验观察时间之比。

《1时做黏性流体，》1时做弹性固体。

入口校正：由于实际切应力的减小与毛细管有效长度的延长是等价的，所以可将假想的一段管长eR加到实际的毛细管长度L上，用L+eR作为毛细管的总长度，其中e为入口修正系数，R 为毛细管的半径。

用作为均匀的压力梯度，来补偿入口管压力的较大下降残余应力。

残余应力：构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响：当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残余应力。

韦森堡效应爬杆现象包轴现象：与牛顿型流体不同，盛在容器中的高分子液体，当插入英中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒附近，岀现沿棒向上爬的“爬杆”现象，这种现象称Weissenberg效应，又称包轴现象。

流变学简答题⼆、简答题（可任选答8题，每题5分，共40分）：第⼀章绪论1、简述聚合物流变⾏为的特征是什么？⑴多样性⑵⾼弹性⑶时间依赖性2、何为粘弹性？为什么聚合物具有明显的粘弹性？举例介绍塑料制品应⽤和塑料加⼯中的粘弹性现象？粘弹性：外⼒作⽤下，⾼聚物材料的形变⾏为兼有液体粘性和固体弹性的双重特性，其⼒学性质随时间变化⽽呈现出不同的⼒学松弛现象的特性。

由于⾼聚物材料对时间的依赖性，因此第⼆章基本物理量和线性粘性流动1、简述线性弹性变形的特点1、变形⼩2、变形⽆时间依赖性3、变形在外⼒移除后完全回复4、⽆能量损失5、应⼒与应变成线性关系：σ=Eε2、聚合物的粘性流动有何特点?为什么？1、变形的时间依赖性流体的变形随时间不断发展2、流体变形的不可回复性：粘性流体的变形是永久变形3能量散失：外⼒对流体所作的功在流动中转为热能⽽散失，这⼀点与弹性变形过程中贮能完全相反。

4、正⽐性：线性粘性流动中剪切应⼒与剪切应变速率成正⽐，粘度与剪切应变速率⽆关。

2、聚合物的结晶熔化过程与玻璃化转变过程本质上有何不同？试从分⼦运动⾓度⽐较聚合物结构和外界条件对这两个转变过程影响的异同。

聚合物的结晶熔化过程是随着温度的升⾼，聚合物晶区的规整结构遭受破坏的过程。

从熔点的热⼒学定义出发，熔点的⾼低是由熔融热△H与熔融熵△S决定的。

⼀般的规律是，熔融热△H越⼤，熔融熵△S越⼩，聚合物的熔点就越⾼。

聚合物的玻璃化转变过程是随温度升⾼，分⼦链中链段运动开始，由此会导致⼀系列性质的突变。

因此，分⼦链的柔性越好，链段开始运动所需要的能量越低，其玻璃化温度就越低。

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。

聚合物的剪切粘度随温度的升⾼⽽下降，在通常的剪切速率范围内，聚合物的剪切粘度也是随剪切速率的增⼤⽽降低的。

只有在极低（接近于零）及极⾼（趋于⽆穷⼤）的剪切速率下，聚合物的粘度才不随剪切速率的变化⽽变化。

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。

➢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。

➢弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。

之所以出现以上的特点，主要原因有：➢高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的；➢高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律。

5、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，其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。

6、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。

➢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。

➢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。

➢分子量分布越宽，粘流温度越低。

➢.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。

➢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。

➢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。

7、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.8、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。