聚合物流变学复习题参考答案2

1、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T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

2、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h¥：假塑性流体在第二牛顿区所

3、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（Tf）和分解温度（Td）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y。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

4、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：幂律公式中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，称为非牛顿指数。16、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称为粘弹性。17、表观粘度：与牛顿粘度定义相类比，将非牛顿流体的粘度定义为剪切应力与剪切速率之比，其值称为表观粘度，即。二、简答题：1、简述聚合物流变行为的特征是什么？聚合物流变行为的多样性和多元性、聚合物形态对温度和时间的依赖性，是两个表现特性。聚合物分子结构构象的复杂性是这些特性表现的根本原因。2、何为粘弹性？为什么聚合物具

5、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？答案1力学性质随时间变化的现象称为力学松弛现象或粘弹性现象，粘弹性现象主要包括蠕变、应力松弛两类静态力学行为和滞后、内耗两类动态力学行为答案2力学行为在通常情况下总是或多或少表现为弹性与粘性相结合的特性，而且弹性与粘性的贡献随外力作用的时间而异，这种特性称之为粘弹性。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。例如塑料雨衣挂在钉子上，由于自身重量作用会慢慢伸长，取下后不能完全恢复。橡胶松紧带开始使用时感觉比较紧，用过一段时间后越来越松。3、简述线性弹性变形的特点。Ø 变形小在线性弹性变形中，只涉及聚合物分子中化学键的拉伸

6、、键角变化和键的旋转。因此，其变形量很小，变形时不涉及链段的运动或整个分子链的位移。Ø 变形无时间依赖性变形是瞬间发生的，且不随时间而变化。Ø 变形在外力移除后完全回复变形能完全回复，且也是瞬时完成的，无时间依赖性。Ø 无能量损失外力在变形时转化成材料的内能贮存起来。外力释放后，内能释放使材料完全回复。在整个变形和回复过程中无能量损失。因此，线性弹性也称为能弹性。Ø 应力与应变成线性关系=E4、聚合物的粘性流动有何特点?为什么？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：Ø 聚合物熔体流动时

7、，外力作用发生粘性流动，同时表现出可逆的弹性形变。Ø 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。Ø 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。Ø 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。Ø 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：Ø 高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的；Ø 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

8、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。Ø 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。Ø 高分

9、子的极性大，则粘流温度高，分子间作用越大，则粘流温度高。Ø 分子量分布越宽，粘流温度越低。Ø .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。Ø 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。Ø 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

10、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。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h0, 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ha随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假

11、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h¥, 又类似牛顿流体行为。9、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

12、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。10.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。11、简述聚合物熔体和溶液的普适流动曲线，说明0和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

13、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h0, 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ha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h¥, , 又类似牛顿流体行为。12. 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。13、高

14、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。14、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？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c），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

15、。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。15、何为挤出胀大现象？举例说明减少胀大比的措施。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。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

16、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。三、选择题：1、Maxwell 模型可以模拟：（ A ）A线形聚合物的应力松弛过程 B.交联聚合物的应力松驰过程C. 线形聚合物的蠕变过程 D.交联聚合物的蠕变过程2、下列三类物质中具有粘弹性的是：（ D ）A硬固的塑料 B. 硫化橡胶 C. 聚合物熔体 D. 以上三者均有3、大多数聚合物流体属于：（ D ）A胀塑性流体（ = kn ，n>1） B. 胀塑性流体（ = kn ，n<1）C. 假塑性流体（ = kn ，n>1） D. 假塑性流体（ = kn ，n<1）4、3.4次方幂律适用于( C )。 A、缩

17、聚物 B、低相对分子质量加聚物 C、高相对分子质量加聚物5、高聚物为假塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而（ B ）。 A、增加 B、减少 C、不变6、交联橡胶以下哪一条不正确（ C ）。 A、形变很小时符合胡克定律 B、具有熵弹性 C、拉伸时吸热7、下列材料哪种更易从模头挤出（ A ）。 A、假塑性材料 B、胀塑性材料 C、牛顿流体8、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 ）。 A、小于5cm B、5cm C、大于5cm9、聚合物挤出成型时，产生熔体破裂的原因是（ A ）。 A、熔体弹性应变回复不均匀 B、熔体粘度过小 C、大分子链取向程度低10、高聚物滞后现象的发生

18、是什么原因（ A ）。 A、运动时受到内摩擦力的作用 B、高聚物的惰性很大 C、高聚物的弹性太大11、以下哪种现象可用聚合物存在链段运动来解释（ B ）。 A、聚合物泡在溶剂中溶胀 B、聚合物受力可发生弹性形变 C、聚合物熔体粘度很大12、粘弹性表现最为明显的温度是（ B ）。 A、Tg B、Tg附近 C、Tf附近13、聚合物熔体的爬杆效应是因为（ B ）。 A、普弹形变 B、高弹形变 C、粘流14、3.4次方幂律是反映以下什么与相对分子质量的关系（ B ）。 A、溶液粘度 B、零剪切粘度 C、玻璃化转变温度15、对于假塑性流体，随着剪切速率的增加，其表观粘度（ C ）。 A、先增后降 B、增

19、加 C、减少17、大多数聚合物流体属于 （ C ）A、膨胀型流体(，n>1)B、牛顿流体(，n=1)C、假塑性流体(，n>1)D、宾哈流体()18、在注射成型中能最有效改善聚甲醛熔体流动性的方法是 （ C ） A、增大分子量； B、提高加工温度； C、提高注射速率19、橡胶产生弹性的原因是拉伸过程中_B_。 A、内能的变化； B熵变； C、体积变化。20、可以用时温等效原理研究聚合物的粘弹性，是因为_A_。A、高聚物的分子运动是一个与温度、时间有关的松弛过程；B、高聚物的分子处于不同的状态；C、高聚物是由具有一定分布的不同分子量的分子组成的。21、高分子材料的应力松弛程度与_ C_

20、有关。 A、外力大小； B、外力频率； C、形变量。22、同一种聚合物的三种不同熔体粘度，其大小顺序为：（C ）（B ）（A ） （A）无穷剪切粘度；（B）表观粘度；（C）零切粘度23、将下列三种聚合物用同样的外力拉伸到一定长度后，保持各自的应变不变，经过相当长的时间后测定其应力，则其大小顺序为：（C）（B）（A） （A）理想弹性体；（B）线形聚合物；（C）交联聚合物24、剪切粘度随剪切速率的增大而减小的流体属于：( A ) （A） 假塑性流体；（B）胀塑性流体；（C）宾汉流体25、Voigt 模型可以用来描述：（ A ）（A） 交联高聚物的蠕变过程； （B）交联高聚物的应力松弛过程；（C）线

21、形高聚物的应力松弛过程；（D）线形高聚物的蠕变过程26、假塑性流体的熔体粘度随剪切应力的增大而：( B )（A） 增大；（B）减小；（C）不变27、WLF方程不能用于（ B ）。 A、测粘度 B、测结晶度 C、测松弛时间28、某一聚合物薄膜，当温度升至一定温度时就发生收缩，这是由于（ A ）。 A、大分子解取向 B、内应力释放 C、导热不良29、下列哪个过程的熵变增加（ A ）。 A、结晶熔化 B、橡胶拉伸 C、交联30、高聚物处于橡胶态时，其弹性模量（ C ）。 A随着形变增大而增大 B、随着形变的增大而减小 C、与形变无关31、采用Tg为参考温度进行时温转换叠加时，温度高于Tg的曲线，lg

22、T（ C ）。 A、负，曲线向左移 B、正，曲线向右移 C、负，曲线向右移32、蠕变与应力松弛速度（ B ）。 A、与温度无关 B、随温度升高而增大 C、随温度升高而减小33、指数方程中，在非牛顿性指数 时，聚合物熔体为假塑性流体（ A ）。 A、n=1 B、n1 C、n134、WLF方程是根据自由体积理论推导出来的，它 。( B ) A、适用于晶态聚合物松弛过程 B、适用于非晶态聚合物松弛过程 C、适用于所有聚合物松弛过程35、对于假塑性流体，随着剪切速率的增加，其表观粘度（ C ）。 A、先增后降 B、增加 C、减少四、填空题：1、理想高弹性的主要特点是 形变量大、弹性模量小 弹性模量随温

23、度上升而增大 力学松弛特性 和 形变过程有明显热效应2、 粘弹性现象有_ 蠕变 应力松弛 滞后现象。3、 聚合物材料的蠕变过程的形变包括_普弹形变、_高弹形变_和黏性流动_。4、 交变外力作用下，作用频率一定时，在_时高分子的复数模量等于它的实部模量，在_时它的复数模量等于它的虚部模量。5、 泊松比的定义为拉伸实验中材料_横向 应变与_纵向_应变的比值的负数，数值范围为_00.5_，=0.5 表示_拉伸过程中体积不变_。6、 松驰时间的定义为松驰过程完成_63.2%_所需的时间，越长表示_弹_（弹/粘）性越强；损耗角的定义是在交变应力的作用下，应变_落后（滞后）于应力的相位差，越大表示_ 粘_

24、 （弹/粘）性越强。7、 在交变应变的作用下，材料的动态模量中_储能（实数） 模量与应变同相，_损耗（虚数） 模量与应变的相差为_90（/2） 。8、 根据时温等效原理，当温度从高温向低温变化时，其移动因子 aT_大于_1。9、 对于相同分子量，不同分子量分布的聚合物流体，在低剪切速率下，分子量分布_宽 的粘度高，在高剪切速率下，分子量分布_窄_的粘度高。10、 橡胶弹性的本质是_熵 弹性，具有橡胶弹性的条件是_长链_、_柔性_与_交联_。橡胶在绝热拉伸过程中_放_热，橡胶的模量随温度的升高而_增大_。11、 松弛时间的物理意义是_松弛过程完成63.2%所需要的时间 ，值越小，表明材料的弹性越

25、_小_。12、 在交变应力（变）的作用下，应变_滞后 于应力一个相角的现象称为滞后，的范围在_0/2_，的值越小，表明材料的弹性越_好_。13、 假塑性流体的粘度随应变速率的增大而_减小 , _，用幂律方程表示时，n_小于_1。14、 聚合物熔体的弹性响应包括有_熔体的可回复形变 , _包轴效应_，_不稳定流动_、 无管虹吸效应 与_挤出胀大效应_等。15、 刚性 表示材料抵抗变形的能力，它的大小用弹性模量来衡量，也即应力应变图中直线的斜率。斜率越大， 模量越高，刚性越大 ，俗称越硬。16、 橡胶弹性与 气体 的弹性类似，弹性的本质是 熵 弹性，具有橡胶弹性的条件是 长链 、 足够柔性 与 交

26、联 。橡胶在绝热拉伸过程中 放 热，橡胶的模量随温度的升高而 升高 。17、 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 小于 1（大于、小于、等于）。18、 通常假塑型流体的表观粘度 小于 （大于、小于、等于）其真实粘度。19、 聚合物相对分子质量越大，则熔体粘度越 大 ；对相同相对分子质量的聚合物而言，相对分子质量分布越宽，则熔体的零切粘度越 大 。20、 聚合物熔体的弹性响应包括有 可回复的切形变 ， 法向应力效应 与 挤出物胀大 。21、 聚合物静态粘弹性现象主要表现在 蠕变 和 应力松弛 。22、 理想弹性体的应力取决于 应变 ，理想粘

27、性体的应力取决于 应变速度 。23、 粘弹性材料在交变应变作用下，应变会 落后 应力一个相角，且在 0/2 范围之内，的值越小，表明材料的弹性越 好 。24、 在交变应变的作用下，材料的 储能 模量与应变同相， 损耗 模量与应变的相差为 /2 。25、 Maxwell模型是一个粘壶和一个弹簧 串 联而成，适用于模拟 线性 聚合物的 应力松弛 过程；Voigt模型是一个粘壶和一个弹簧 并 联而成，适用于模拟 交联 聚合物的 蠕变 过程。26、 松弛时间为松弛过程完成 63.2% (或1- 1/e) 所需的时间，温度越高，高分子链运动的松弛时间越 短 。27、 松弛时间的物理意义是 松弛过程完成6

28、3.2% 所需要的时间 ，值越小，表明材料的弹性越 差 。28、 根据时温等效原理，将曲线从高温移至低温，则曲线应在时间轴上 右 移。29、 聚合物的松弛行为包括 应力松弛 、 蠕变 、 滞后 和 内耗 。30、 随着聚合物的柔顺性增加，链段长度 减小 、刚性比值 减小 、无扰尺寸 减小 、极限特征比 减小 。31、 大多数聚合物熔体属 假塑性 流体，其n值为 <1 ，表明它们具有 剪切变稀 特性。32、 根据时温等效原理，可以在较高温度下，较短时间内观察刀的力学松弛现象，也可以在 低 温度下， 长 时间内观察到。33、 可以用时温等效原理研究聚合物的粘弹性，是因为高聚物的分子运动是一个与 时间和温度 有关的 松弛 过