《高分子流变学》复习资料
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一、填空题(2×10=20分)1.高分子材料流变学可分为高分子材料流变学和流变学。
2.高分子材料的结构可以分为结构和结构,影响高分子流变性质的主要结构层次为结构。
3.输运过程中的基本方程有方程,方程和方程。
4.互容高分子可以分为互容和互容两种情形。
二、选择题(单选)(2×5=10分)1.大多数聚合物流体属于:()A.膨胀性流体 B. 膨胀性流体C. 假塑性流体D. 假塑性流体2.能有效改善聚甲醛的加工流动性的方法有:()A.增大分子量 B. 升高加工温度 C. 提高挤出机的螺杆转速3.下列方法中不能测定聚合物熔体粘度的是:()A.毛细管粘度计 B. 旋转粘度计C. 乌氏粘度计D. 落球粘度计4.高聚物为假塑性流体,其粘度随剪切速率的增加而()。
A、增加B、减少C、不变5.在设计制造外径为5cm管材的模头时,应选择哪种内径的模头()。
A、小于5cmB、5cmC、大于5cm三、判断题(2×5=10分)1.Weissenberg效应得出现是因为高分子液体具有黏性。
()2.液体的流动黏度随外力作用时间的延长而变大的的性质称为触变性。
()3.挤出胀大比随着剪切速率的的升高而增加,随温度的升高而增加。
()4.挤出成型过程中同时存在拖曳流,压力流和漏流。
()5.软化增塑剂的加入使基础胀大比增大。
()四、名词解释(4×5=20分)法向分量;黏流态;宾汉流体;粘流活化能;触变性流体五、简答题(2×10=20分)1.如何表征高分子流体的剪切敏感性与温度敏感性?2.平均分子量和分布对聚合物熔体黏度、力学性能各有何影响?六、论述题(20分)画出牛顿流体和三种典型的无时间依赖性的非牛顿流体的流动曲线,并说明其主要流动特征。
判断15分选择20分名词解释15分简述题20分计算题30分一名词解释1.假塑性流体:黏度随剪切速率的增加而降低的流体,粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律,其中,非牛顿指数n<12.膨胀性流体:黏度随剪切速率的增加而升高的流体,粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律,其中非牛顿指数n>13.宾汉流体:指当所受的剪切应力超过临界剪切应力后,才能变形的流动的流体,亦称塑性流体,其中剪切应力与剪切速率服从τ=τy+ηpγ̇4.牛顿流体:剪切应力与剪切速率之间呈线性关系,表达式为τ=μγ̇的流体5.剪切变稀:粘度随剪切速率升高而降低6.爬杆效应:当金属杆在盛有高分子流体的容器中旋转,熔体沿杆上爬的现象7.挤出胀大:聚合物熔体挤出圆形截面的毛细管时,挤出物的直径大于毛细管模直径8.熔体破裂:聚合物熔体在毛细管中流动时,当剪切速率较高时,聚合物表面出现不规则的现象,如竹节状,鲨鱼皮状9.无管虹吸:当插入聚合物溶液中的玻璃管,提离液面之上时,聚合物溶液继续沿玻璃管流出的现象10.第一法向应力差:高聚物熔体流动时,由于弹性行为,受剪切的作用时,产生法向应力差,其中满足关系式N1=τ11−τ22=φ1∗γ̇212(N1通常为正值)11.第二法向应力差:同上,关系式为N2=τ22−τ33=φ2∗γ̇212 (N2通常为负值)12.本构方程:是一类联系应力张量和应变张量或应变速率张量之间的关系方程,而联系的系数通常是材料的常数。
13.剪切应力:单位面积上的剪切力,τ=FA14.剪切速率:流体以一定速度沿剪切力方向移动。
在黏性阻力和固定壁面阻力的作用力,使相邻液层之间出现速度差,γ̇=d v也可理解成一定间距的液层,在一定时间内的d y相对移动距离。
解答题1. 用分子链缠结的观点解释普适效应答:当高聚物的相对分子质量超过某临界值后,分子链间存在着相互缠绕点或因范德瓦耳斯力作用形成链间的物理交联点。
在分子热运动作用下,这些物理缠结点处于不断解体和重建的动平衡状态。
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与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。
流变考点大全一、名词解释1. 本构方程:又称状态方程,描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。
2. 等粘度原则:两相高分子熔体或溶液粘度相近,易混合均匀。
3. 近似润滑假定:把原来物料在x—y平面的二维流动,在一段流道内简化成为只沿x方向的一维流动,这种简化假定称为~。
4. 剪切变稀:相同温度下,高分子液体,在流动过程中粘度随剪切速率增大而降低的现象。
5. 表观剪切黏度:表观粘度η a定义流动曲线上某一点τ与γ的比值6. Banis效应:又称口型膨胀效应或挤出胀大现象,是指高分子熔体被迫挤出口模时,挤出物尺寸d大于口模尺寸D,截面形状也发生变化的现象。
7. 粘流活化能:E定义为分子链流动时用于克服分子间位垒跃迁到临近空穴所需要的最小能量,它表征粘度对温度的依赖性,E越大,粘度对温度的依赖性越强,温度升高,其粘度下降得越多。
8. 法向应力差:两个法向应力分量差值在各种分解中始终保持不变,定义法向应力差函数来描写材料弹性形变行为。
9. 零切黏度:剪切速率接近于0时,非牛顿流体对应的粘度值。
10. 表观粘度:流动曲线上某点与原点连线的斜率11. 弯流误差:高分子液体流经一个弯形流道时,液体对流道内侧壁和外侧壁的压力,会因法向应力差效应而产生差异。
12. 拉伸粘度:聚合物在拉伸过程中拉伸方向的总的法向应力与拉伸速率的比值。
13. 第二牛顿区;假塑性流体在当前剪切速率很高时,剪切粘度会趋于一个定值,而这一剪切区域称为假塑性流体的第二牛顿区。
14. 触变性:等温条件下,某些液体流动粘度随外力作用时间长短发生变化的性质,其中粘度变小为触变性。
15. Tf:黏流温度,高分子高弹态与粘流态之间转变的温度,大分子链产生重心位移的整链相对运动。
16. Tg:玻璃化温度,分子链段运动,解除冻结的温度,形变可以恢复。
复习名词解释:1假塑性流体:高聚物熔体流动时,剪切粘度随剪切速率增加而降低的流体。
2等温流动:流体在任何部位的流动状态保持恒定,不随时间变化。
3魏森贝格效应:杆在聚合物熔体中旋转时,熔体沿杆上爬的现彖。
4非牛顿流体:流体流动时,剪切粘度与剪切速率的关系不是线性关系(或不满足牛顿电脑功率)的流体。
5.粘性耗散:高聚物熔体被挤压通过一个很窄的口模时,由于剪切摩擦产生热量的现象。
6入口效应:高聚物熔体被挤压通过一个很窄的口模时,在口模入口处,由于弹性而引起熔体在口模入口处产生压力降。
7魏森贝格效应:当杆在盛有非牛顿流体(聚合物熔体)的容器屮旋转时,流体会沿杆上爬,形成中间高,周边凹的现象。
主要是由第二法向应力差效应引起的。
8第一法向应力差:用函数= - ”22二%一厂22 =0龙I,N1称为第一法向应力差,妙|称为法向应力差系数。
9剪切变稀:高聚物熔体流动时,剪切粘度随剪切速率增加而降低的现象。
10不稳定流动和熔体破裂:高分子熔体从口模挤出时,超过某一临界剪切速率,分别出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变,最后导致无规则的挤出物断裂。
11胀塑性流体:剪切粘度随剪切速率增加而增大的流体。
12.挤出胀大:高分子熔体从口模挤出时,挤出物的直径比毛细管口模直径大的现象。
13.宾汉流体:流体所受的剪切应力超过临界剪切应力后,才能变形流动的流体。
14.剪切变稀:流体的剪切粘度随着剪切速率增加而下降的性质。
15熔体破裂:高分子熔体从口模挤出时,挤出物的表面呈现不规则的现象的现象。
16.零剪切粘度:剪切速率趋向于零时熔体的粘度。
问答题1阐述非牛顿流体的种类及流动性为的特点。
答:非牛顿流体是指流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性的曲线关系。
其特点是剪切应力和剪切速率不成正比的线性关系。
非牛顿流体分为宾汉流体、膨胀性流体和假塑性流体。
宾汉流体在流动前存在一个剪切屈服应力厂。
只有当剪切应力高于匚时,流体才开始流动。
因此其流体方程为T-T y=T]p y o假塑性流体英特征是粘度随剪切速率或剪切应力增大而降低。
名词解释?流变学:研究材料流动及变形规律的科学。
?假塑性流体:指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。
?韦森堡效应&爬杆现象&包轴现象:当圆棒插入容器中的高分子液体中旋转时,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,出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。
?巴拉斯效应&挤出胀大&弹性记忆效应:指高分子被强迫挤出口模时,挤出物尺寸要大于口模尺寸,截面形状也发生变化的现象。
?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各向异性,产生法向应力效应。
?松弛时间:是指物体受力变形,外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。
?表观粘度:非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。
?*入口校正:对于粘弹性流体,当从料筒进入毛细管时,由于存在一个很大的入口压力损失,因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。
?本构方程:描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。
?*粘流活化能:E定义为每摩尔运动单元所需要的能量,它表征粘度对温度的依赖性,E越大,粘度对温度的依赖性越强,温度升高,其粘度下降得越多。
?*第二光滑挤出区:当剪切速率继续增大时,熔体在模壁附近会出现“全滑动”,这时会得到表面光滑的挤出物,这一区域称为第二光滑挤出区。
?*第一法向应力差:沿流动(受力)向的应力与垂直于流向(法向)的应力之差。
?*触变性流体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递减的流体。
?*震凝性流体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递增的流体。
?*平衡转矩:胶料混炼时,转矩随物料的不断均化最终达到的平衡值。
?拉伸粘度:拉伸应力与拉伸应变速率之比,表示流体对拉伸流动的阻力。
?*宾汉流体: 与牛顿型流体的流动曲线均为直线,但它不通过原点,只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动。
2019-2020 第一 高分子材料流变学C 卷 高分子科学与工程学院高分子材料与工程(答案写在答题纸上,写在试题纸上无效)一、填空题(10×2=20分)1. Maxwell 模型是由一个 和一个 串联而成。
2. 影响高分子液体流变性质的最重要的结构参数有 , ,及 。
3. 高分子液体流动形式主要有两种,由 引起的压力流和由 引起的拖曳流。
4. 从现象上分,挤出畸变可分为两大类,一类为_ _ ,一类为__。
二、选择题(单选)(5×2=10分)1. 下列三类物质中具有粘弹性的是:( )A .硬固的塑料 B. 硫化橡胶 C. 聚合物流体 D. 以上三者均有2. 聚合物熔体的爬杆效应是因为( )。
A 、普弹形变B 、高弹形变C 、粘流3. 3.4次方幂律是反映以下什么与相对分子质量的关系( )。
课程考试试题 学期 学年 拟题人: 拟题学院(系):A、溶液粘度B、零剪切粘度C、玻璃化转变温度4.以下哪个过程与链段运动无关()。
A、玻璃化转变B、巴拉斯效应C、T b(脆化点)5.聚合物的粘流活化能越大,则其熔体粘度:()A、越大;B、对温度越敏感;C、对剪切速率越敏感三、判断题(5×2=10分)1.结构流变学属于宏观流变学,加工流变学属于微观流变学。
()2.高分子液体的次级流动时由黏弹力和惯性力综合形成的。
()3.在支化结构中,对高分子材料黏度影响大的是长支链的形态和长度。
()4.为了准确测定完全发展流动区上的压力梯度,需要进行Bagley校正。
()5.炭黑粒子为活性填料,使体系黏度下降。
()四、名词解释(5×4=20分)1挤出胀大比;2粘流温度;3熔体破裂现象;4非牛顿指数;5表观粘度五、简答题(2×10=20分)1.简要说明炭黑的用量、粒径、比表面积、结构值(吸油值)对混炼胶粘、弹性的影响规律。
高分子材料加工流变学讲义专业:机械自动化李勇2013/01/31第一章高分子材料加工流变学简介第一节前言讲解重点:流变学的定义、研究范围、应用领域;学习高分子材料加工流变学的意义。
课时分配及教学形式:2学时,课堂教学一、流变学概念1、流变学定义: 流变学是一门研究材料流动及变形规律的科学。
2、高分子材料流变学:是研究高分子液体,主要指高分子熔体、溶液在流动状态下的非线形粘弹行为以及这种行为与材料结构及其他物理、化学性能的关系。
高分子材料流变学又分为:高分子材料结构流变学:又称微观流变学或分子流变学。
研究分子链结构、聚集态结构与其流动变形行为的关系高分子材料加工流变学:宏观流变学或微象流变学:主要研究与高分子材料加工工程有关的理论和技术问题。
很久以来,流动与变形是属于两个范畴的概念:流动是液体材料的属性,液体流动时,表现出粘性行为,产生永久变形。
变形不可恢复并耗散部分能量。
液体①遵从牛顿流动定律:材料所受的剪切应力与剪切速率成正比,σ=ηγ②流动过程中总是一个时间过程。
固体①固体变形时遵从胡克定律:材料所受应力与变形量成正比,σ=Eε应力、应变之间的响应为瞬时响应,与时间无关。
变形是固体(晶体)材料的属性。
固体变形时,表现出弹性行为,其产生的弹性变形在外力撤消时能够恢复,且产生变形时贮存能量,变形恢复时还原能量,材料具有弹γε流动→液体→粘性→耗散能量→产生永久形变→无记忆效应→牛顿定律→时间过程变形→固体→弹性→贮存能量→变形可以恢复→有记忆效应→胡克定律→瞬时响应牛顿流体和胡克弹性体是两类性质被简化的抽象物体,实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。
如沥青、黏土、橡胶、石油、蛋清、血桨、食品、化工原材料、泥石流、地壳。
高分子材料既能流动,又能变形;既有粘性,又有弹性;变形中发生粘性损耗,流动时又有弹性记忆效应,属于粘、弹性结合,流、变性并存。
对于这类材料,仅用牛顿流动定律或胡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。
♦假塑性流体:黏度随剪切速率的增加而降低的流体,粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律,其中,非牛顿指数n<1♦膨胀性流体:黏度随剪切速率的增加而升高的流体,粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律,其中非牛顿指数n>1♦宾汉流体:指当所受的剪切应力超过临界剪切应力后,才能变形的流动的流体,亦称塑性流体,其中剪切应力与剪切速率服从τ=τy+ηpγ♦牛顿流体:剪切应力与剪切速率之间呈线性关系,表达式为τ=μγ的流体♦剪切变稀:粘度随剪切速率升高而降低♦爬杆效应:当金属杆在盛有高分子流体的容器中旋转,熔体沿杆上爬的现象♦挤出胀大:聚合物熔体挤出圆形截面的毛细管时,挤出物的直径大于毛细管模直径♦熔体破裂:聚合物熔体在毛细管中流动时,当剪切速率较高时,聚合物表面出现不规则的现象,如竹节状,鲨鱼皮状♦无管虹吸:当插入聚合物溶液中的玻璃管,提离液面之上时,聚合物溶液继续沿玻璃管流出的现象♦第一法向应力差:高聚物熔体流动时,由于弹性行为,受剪切的作用时,产生法向应力差,其中满足关系式N1=τ11−τ22=φ1∗γ212(N1通常为正值)♦第二法向应力差:同上,关系式为N2=τ22−τ33=φ2∗γ212(N2通常为负值)♦本构方程:是一类联系应力张量和应变张量或应变速率张量之间的关系方程,而联系的系数通常是材料的常数。
♦剪切应力:单位面积上的剪切力,τ=FA♦剪切速率:流体以一定速度沿剪切力方向移动。
在黏性阻力和固定壁面阻力的作用力,使相邻液层之间出现速度差,γ=d vdy也可理解成一定间距的液层,在一定时间内的相对移动距离。
♦高分子流变学:研究高分子液体,主要是指高分子熔体干分子溶液在流动状态下的非线性粘弹性行为。
以及这种行为与材料结构及其他物理化学的关系。
♦挤出膨胀现象:高分子熔体被迫基础口模时,挤出物尺寸大于口模尺寸截面积形象黄也发生变化的现象♦常用的聚合物流变仪有:毛细管型流变仪、转子型流变仪、组合式转矩流变仪、振荡型流变仪、落球式黏度计、其他类型流变仪(拉伸流变仪、缝模流变仪和弯管流变仪等)♦流变测量的目的:1)物料的流变学表征2)2)工程的流变学研究和设计3)3)检验和指导流变本构方程理论的发展♦高聚物的粘性流动的特点:1)流动机理是链段相继跃迁2)流动粘度大,流动困难,而且粘度不是一个常数3)流动时有构象变化,产生“弹性记忆”效应♦影响挤出胀大效应的因素:链结构、配方、切变速率与温度稳定♦挤出的措施:1)加料口供料速度必须均匀2)减少螺槽深度h和减少机筒与螺杆突棱的间隙δ3)调节机头流通系4)适当降低挤出温度5)适当增加螺杆长度♦影响熔体挤出破裂行为因素:1)口模的形状和尺寸2)挤出成型过程的工艺条件3)挤出物料的性质。
第二章(第七章)(流变学)1.静态黏弹性:是指聚合物在静态载荷的作用下表现出的黏弹性行为,典型表现是蠕变和应力松弛2.蠕变:在一定温度和较小恒定载荷作用下,材料形变随时间增加而逐渐增大的现象3.应力松弛:在一定温度和应变保持不变作用下,聚合物内部应力随时间逐渐衰减的过程4.氧指数:(1)越小,越易燃(2)氧指数在22以下:易燃材料(3)22-27:难燃材料(4)27以上:高难燃材料,有自熄性5.黏弹体:聚合物液体流动时,以黏性形变为主,兼有弹性形变6.①层流:熔体流动方向相同,速度方向平行,Re(雷诺准数)一般<1②湍流:熔体流动方向不相同(因内部有分子缠结,熔体有弹性且剪切力过大导致)③稳定流动:流体状况保持稳定,不随时间变化④不稳定流动:熔体流动速率、温度、压力等均随时间变化;(e.g.充模流动)⑤拉伸流动:质点速度的变化与流体流动方向一致的流动⑥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。
⑦等温流动:流体各处的温度保持不变情况下的流动⑧非等温流动:流体各处温度呈非等温状态⑨拖曳流动(属于剪切流动):对流体不施加压力梯度,靠边界运动产生流动场,由于黏性作用是运动的边界拖着流体跟它一起运动。
——电缆包覆由外界压力产生速度场引起流动——注射成型时内腔流体压力流动7.牛顿黏度是液体本神的固有属性,依赖于液体分子结构和温度,与剪切应力和剪切黏度无关8.非牛顿流体:流动行为不符合牛顿流体定律,即黏度随剪切应力和剪切速率变化而变化9.牛顿指数(n):①n<1时,假塑性流体②n>1时,膨胀性流体③n=1时,牛顿流体10.韦森堡值Nw:Nw < 1时,高分子熔体为黏性流动,弹性变形很小;Nw = 1~7时,高分子熔体为稳态粘弹性流体;时,高分子熔体为不稳定流动或弹性湍流。
11.宾哈姆流体:①当剪切应力高于某屈服应力时(τ>τy)才开始流动②直线不通过坐标原点③流体表现出与牛顿流体相似的流变行为④宾哈流体具有某种凝胶结构12.假塑性流体:①黏度随剪切应力或剪切速率的提高而降低②剪切变稀,不属于熔体弹性表现③假塑性流体的流动行为原因:1)高分子在流动过程中分子沿流动方向的取向,规则排列,降低了粘度2)大分子彼此之间的缠结,当缠结的大分子承受应力时,其缠结点就会被解开,降低了粘度。