发布时间 : 星期六 文章聚合物流变学复习题参考答案 - 图文更新完毕开始阅读
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?0, 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?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。
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??, 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?0, 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?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。
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
第 5 页 （共 14 页）
定（达最低值）, 称牛顿极限粘度??, 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?0, 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??, , 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
E??A?e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。
aRT，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。 2波浪形 鲨鱼皮形 竹节形 螺旋形 不规则破碎形
3PMMA于170℃、同应力下发生不稳定流动，降低剪切应力,提高流动稳定性. 20、解释聚合物熔体离模膨胀原因，简述影响因素。
液体流出管口时，液流的直径并不等于管子出口端直径，对粘弹性聚合物熔体，液流直径增大膨胀。后一种现象称为挤出物胀大.
第 6 页 （共 14 页）
影响因素：
1）口模长径比L/D一定，剪切速率↑→Le 或B↑。在发生熔体破裂的临界剪切速率 之前有个最大值Bmax，而后B值↓
2）在低于临界 下，温度T↑→Le 或d/D↓。但Bmax随T↑而↑，。
3）在低于发生熔体破裂的临界剪切应力ηc下，η↑，B↑，在高于ηc时，B↓ 4）当 恒定时，L/D↑→Le 或B↓；在L/D超过某一数值时B为常数 5） 离模膨胀随熔体在口模内停留时间t呈指数关系减小。因停留期间高分子的弹性变形得到逐渐
恢复，使正压力有效减小
6） 6）分子量 Mn↑→Le或B↑； 分子量分布 分布窄→Le或B↑。
7）非牛顿性 非牛顿指数n↓→Le或B↑。
8）弹性模量E或剪切模量G E或G↑→Le或B↓。
21、简述影响熔体破裂的因素。试分析塑料熔体在注射充模流动过程中产生熔体破裂的原因及对制品质量的影响。
影响因素：
1）模头流道流线化；
2）出口流道的横截面积； 3）螺杆转速；
4）口模定型区的温度；
5）聚合物分子量和聚合物熔体粘度； 6）外润滑剂。
聚合物在加工过程中流动会出现不稳定现象 ,其根源是高分子的长链在分子水平上缠结 ,导致高粘、慢松弛和高法向应力[1] ,当剪切速率超过临界剪切速率时 ,挤出物表面变得粗糙、失去光泽、粗细不均和扭曲 ,成为波浪形、竹节形或周期性螺旋形 ,在极端严重的情况下 ,甚至会断裂成为形状不规则的碎片或圆柱 ,即出现熔体破裂现象。聚丙烯 (PP)在发泡成型过程中 ,常因挤出物发生“熔体破裂”而使发泡失败。熔体破裂现象对发泡体的表观质量和泡体结构影响巨大
22、高聚物熔体产生弹性效应的本质是什么？
高聚物熔体在外力作用下进行粘性流动，流动的同时会伴随一定量的高弹形变，这部分高弹形变是可逆的，外力消失以后，高分子链又蜷曲起来，因而整个形变要恢复一部分。
23、高聚物熔体弹性效应有哪些表现？它们对高聚物制品的性能各有什么影响？
(入口效应 法向应力效应,挤出胀大效应,不稳定流动和熔体破裂现象、无管虹吸效应 法向应力 效应
高聚物在孔内流动时，由于切应力的作用，表现为法向应力效应，法向应力差产生的弹性形变在出口模后回复，因而挤出物胀大L/R较大（即管子较长）时。
粘性流体σ11=σ22 ，无弹性行为，出口流体缩小变细。
粘弹性流体σ11-σ22 >0，出口流体膨胀，压力差越大，膨胀比越大。
不稳定流动和熔体破裂现象实验表明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速率（或剪切应力）超过某一临界剪切速率 （或临界剪切应力τc），容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙，失去光泽，类似于橘子皮。随挤出速率进一步增大，先后出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最后导致完全无规则的熔体破裂。
挤出胀大现象是高分子液体具有弹性的典型表现。从弹性形变角度看，熔体在进入口模前的入口区受到强烈拉伸作用，发生弹性形变。这种形变虽然在口模内部流动时得到部分松弛，但由于高分子材料的松弛时
第 7 页 （共 14 页）
间一般较长，直到口模出口处仍有部分保留，于是在挤出口模失去约束后，发生弹性恢复，使挤出物胀大。
无管虹吸效应该现象也与高分子液体的弹性行为有关。液体的这种弹性使之容易产生拉伸流动，拉伸液流的自由表面相当稳定，因而能够产生稳定的连续拉伸形变，具有良好的纺丝和成膜能力。
24、何为挤出胀大现象？举例说明减少胀大比的措施。 ①液体流出管口时，液流的直径并不等于管子出口端直径，对粘弹性聚合物熔体，液流直径增大膨胀。 ②挤出温度升高，或挤出速度下降，或体系中加入填料而导致高分子熔体弹性形变减少时，挤出胀大现象明显减轻，从而使胀大比减少。
第四章 流变断裂
1、简述超过屈服应力后应力一般略有下降的原因。
这种应力下降的现象称为应力软化，是材料屈服的特征。从微观讲，在应力超过屈服应力后，应力已足以克服链段运动所需克服的势垒，链段开始运动，甚至发生分子链之间相互滑移，故超过屈服应力后应力一般略有下降。
2、超过屈服后发生断裂的现象一般称为韧性断裂。韧性断裂可能会有几种不同的情况出现？各称什么断裂？
A、在屈服强度达到后应变发展不大时就发生断裂，断裂时的应力低于屈服应力ζy 。这种材料韧性很小，其强度应以屈服应力表示。这种韧性断裂称为“非应变硬化断裂”。
B、屈服后应力基本不变，而应变不断增大，在试样的某些部位截面则突然缩小，形成一个细颈。形成细颈后继续拉伸时，或细颈部分不断变得更细，或细颈直径不变，出现细颈的肩部被拉伸成细颈部，但细颈越来越长，这时应力近似恒定，这种现象称为冷拉伸，在冷拉伸后应力会出现上升现象，称为应力硬化，这种断裂也称为“应变硬化断裂”。
3、试述外界条件对断裂行为的影响。
1）温度的影响。在温度升高过程中，材料发生脆-韧转变。两曲线交点对应的温度称脆性-韧性断裂转变温度TB 。
2）应变速率的影响。在高应变速率下，分子链段不能运动，因而表现出脆性。而在低应变速率下，分子链段有足够的时间运动，因而表现出韧性。
3）应力性质的影响。在不同性质应力作用下，同一材料可表现出不同的断裂行为。 4）冲击速度的影响。韧性材料随着应变速率提高，将会由塑性断裂转变为脆性断裂。
5）取向的影响。若冲击力平行材料取向方向，与各向同性的聚合物相比，有较高的冲击强度。反之，若冲击力垂直取向方向，则抗冲击性能变差。
4、聚合物的屈服有哪些特点？
1）高聚物屈服点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在恒应力下“塑性流动”，即链段沿外力方向开始取向。
2）高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%-20%（与金属相比）。 3）屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常迅速。 4）屈服应力对应变速率和温度都敏感。它随温度升高较快下降。 5）当温度高于玻璃化温度时屈服应力很快趋于0。
6）结晶聚合物屈服后，可形成细颈，并发生相变化，原有结晶破坏，重新形成新的结晶。 7）屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,继而整个样条局部出现“细颈”。
5、简述聚合物材料的增强途径与机理。
第 8 页 （共 14 页）