聚合物流变学习题参考答案

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。衰减的现象.2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，液流直径增第 1 页（共 14 页）大膨胀的现象。4.5、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流体。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：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 2 页（共 14 页）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。化的流动。12、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。13σy14、稳定流动：流动状态不随时间而变化的流动。25、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。s27、非牛顿性指数：幂律公式Kns28、粘弹性：外力作用下，高聚物材料的形变行为兼有液出不同的力学松弛现象的特性称为粘弹性。29as()/。as二、简答题（8540：第一章 绪 论第 3 页（共 14 页）1、简述聚合物流变行为的特征是什么？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？1粘弹性粘弹性学行为和滞后、内耗两类动态力学行为2分子运动具有使用时感觉比较紧，用过一段时间后越来越松。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、变形无时间依赖性变形是瞬间发生的，且不随时间而变化。第 4 页（共 14 页）3、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。4、无能量损失5、应力与应变成线性关系：Eε2、聚合物的粘性流动有何特点?为什么？（合物熔体，而不包括聚合物溶液）具有如下特征：逆的弹性形变。元依次跃迁的结果。影响。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：1.高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的2高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律。第 5 页（共 14 页）第三章熔体流动和弹性1、列举改善下列高分子材料力学性能的主要途径：1）提高结构材料的抗蠕变性能；①材料在其Tg以下使用②使大分子产生交联③主链引入芳杂环或极性基团2）减小橡胶材料的滞后损失；提高硫化胶的交联密度,则减小滞后损失失。这些效果成为轮胎胶料配方的选择原则。3）提高材料的拉伸强度；①在主链上加入芳环，主链有芳环，其强度和模量都提高度提高的主要途径。4.添加增强剂。增强剂主要是碳纤维，玻璃纤维等纤维状的物质4）提高材料的冲击强度。自由体积越大，冲击强度越高。结晶时体积收缩，自由体积第 6 页（共 14 页）而冲击强度较高。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。低是由熔融热HSHS低。3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。（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。（二）PE、POM等，第 7 页（共 14 页）量。41）Tg6、两个牵伸比相同的聚丙烯的纺丝过程中，A用冰水冷却，B用333K的热水冷却。成丝后将这两种聚丙烯丝放在363K的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩率高？说明理由。7、提高聚合物的耐热性的措施有哪些？其中哪些是通过改变聚合物的分子结构而实现的？交联程度；④增加分子的取向度和结晶度；⑤加入稳定剂。8、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。温度越高。粘流温度高。分子量分布越宽，粘流温度越低。4要提高。第 8 页（共 14 页）于选择成型压力是很有意义的。增加外力作用的时间就相当于降低粘流温度。9不矛盾。12.实际.10名称及对应的粘度名称，解释区域内现象的产生原因。第 9 页（共 14 页）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,发生构象变再缠结速度慢流体表观粘度a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？力。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；第 10 页（共 14 页）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。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,发生构象变再缠结速度慢流体表观粘度a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。13熔融指数与相对分子质量有什么关系，简述之。第 11 页（共 14 页）度，从而熔融指数（I）就小。而且相对分子质量的缓慢增I65见，对LDPE黏度却已经增加了四、五个数量级，I14η0η∞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出各区内剪切粘度与剪切速率的关系。平衡,表观粘度保持恒定,定为,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,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）,,又类似牛顿流体行为。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第 12 页（共 14 页）AeaTEa时，Ea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，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第 13 页（共 14 页）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。的流动。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.影响因素：/D↑→eB↑。在发Bmax，B值↓T↑→ed/D↓。但Bax↑而↑τc在高于τc↓第 14 页（共 14 页）/D↑→eB↓/DB离模膨胀随熔体在口模内停留时间t压力有效减小6）分子量↑→eB↑；分子量分布分布窄→eB↑。7）非牛顿性非牛顿指数↓→eB↑8）弹性模量EGEG↑→eB↓。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：模头流道流线化；出口流道的横截面积；螺杆转速；口模定型区的温度；聚合物分子量和聚合物熔体粘度；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,力[1,当剪切速率超过临界剪切速率时,挤出物表面变得粗第 15 页（共 14 页）,,,甚至会断裂成为形状不规则,PP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？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L/R（即管子较长）时。粘性流体σ11σ22，无弹性行为，出口流体缩小变细。比越大。（或剪切应力超过某一临界剪切速率（第 16 页（共 14 页）临界剪切应力τc，容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤后导致完全无规则的熔体破裂。物胀大。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。使胀大比减少。（1515）第 17 页（共 14 页）1、Mall（A）A．线形聚合物的应力松弛过程 .交联聚合物的力松驰过程线形聚合物的蠕变过程 .交联聚合物蠕变过程2（D）A．硬固的塑料 .硫化橡胶 .聚合物流体 以上三者均有3（D）（τ=A膨胀性流（τ=kγn1） .膨胀性流（τγn，（τ=γn假塑性流（τ=kγnγn4（C）A增大分子量 .升高加工温度 .提高挤的螺杆转速5、下列方法中可以提高聚合物材料的拉伸强度的是（B）A提高支化程度 .提高结晶度 .加入增塑与橡胶共混6（D）A主链上引入芳杂环 .降低结晶度 .提高分量 .加入增塑剂7、下列方法中不能测定玻璃化温度的是（ D）第 18 页（共 14 页）A体膨胀计 .差示扫描量热法 .动态机械分仪 .X射线衍射仪9（B）A．聚乙烯 .聚丙烯腈 .聚氯乙烯 聚丙烯11、34(C。A、缩聚物 B、低相对分子质量加聚物 C、高相子质量加聚物12、已知ηM，判断以下哪一条正确（C。A、MηMn B、MηMw、MηM=ZMw13高聚物为假塑性流体其粘度随剪切速率的增加（BA、增加 B、减少C、不变16、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C、牛顿流体17、在设计制造外径为5cm的模头（A。A、小于5cm B、5cmC、大于5cm18、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、熔体粘度过小第 19 页（共 14 页）C、大分子链取向程度低19、高聚物滞后现象的发生是什么原因（A。A、运动时受到内摩擦力的作用 B、高聚物的惰性很C、高聚物的弹性太大20、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聚合物受力可生弹性形变C、聚合物熔体粘度很大21、粘弹性表现最为明显的温度是（B。A、﹤TgB、Tg附近、Tf22、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23、34次方幂律是反映以下什么与相对分子质量的关系（BA、溶液粘度 B、零剪切粘C、玻璃化转变温度24、以下哪个过程与链段运动无关（C。A、玻璃化转变 B、巴拉斯效C、Tb（脆化点）25、对于假塑性流体，随着剪切速率的增加，其表观粘度（C第 20 页（共 14 页）A、先增后降 B、增加C、减少26、下列聚合物的内耗大小排列顺序正确的为（C。A、SBR﹥NBR﹥BR B、NBR﹥BR﹥SBRC、NBR﹥SBR﹥BR28 、 大 多 数 聚 合 物 流 体 属 于（ C ）切切A膨胀型流体(n1) 牛顿流体(n，切切1)切C、假塑性流体(n，1) D、宾哈流体切(切y)29、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、提射速率30、橡胶产生弹性的原因是拉伸过程中 B 。内能的变化； b熵变； 体积变化。31、 可以用第 21 页（共 14 页）分子运动是一个与温度、时间有关的松弛过程高聚物的温等效原理研究聚合物的粘弹性，是因为 A a.分子运动是一个与温度、时间有关的松弛过程高聚物的；高聚物的分子处于不同的状态；的。32、 高分子材形变量。料的应力松弛程度与_C 有关。形变量。a外力大小； b外力频率； .33（C）＞（B）＞（A）（A）无穷剪切粘度；（B）表观粘度；（C）零切粘度34顺序为：（A）＞（C）＞（B）35A（A）假塑性流体；（B）胀塑性流体；（C）宾汉流体36的方程式是：（B）（A）Aiu阿伦尼乌斯WLF方C）Aami37、igt模型可以用来描述：（A）第 22 页（共 14 页）（A）交联高聚物的蠕变过程；（B）弛过程；（C）线形高聚物的应力松弛过程；（D）线形高聚物的蠕变过程38、处在粘流态的聚合物，能够运动的单元有：（C）（A）链节；（B）侧基；（C）链段；（D）整个分子；（E）支链40、聚合物的粘流活化能越大，则其熔体粘度：（B）（A）越大；（B）对温度越敏感；（C）对剪切速率越敏感41、结晶度增加，以下哪种性能增加（B。A透明性 B抗张强度 C冲击强度42、WLF方程不能用于（B。A测粘度 B测结晶度 C测松时间42、四元件模型用于模拟（B。A应力松弛 B蠕变 C内耗48对交联高聚物以下的力学松弛行为哪一条正（AA、蠕变能回复到零 B、应力松弛时应力能衰减到C、可用四元件模型模拟51、刚性增加时，以下哪条不正确（A。TbATb第 23 页（共 14 页）

BTfC、Tg~Tb增加53、以下哪个过程泊松比减少（C。A、硬PVC中加入增塑剂 B、硬PVC中加入SBS共C、橡胶硫化的硫含量增加57、以下哪种过程与链段运动无关（C。A屈服 B粘流 C流动曲线中的拉伸流动区58是由于（A。A、大分子解取向 B、内应力释C、导热不良59、应力松弛可用哪种模型来描述（A。A理想弹簧与理想粘壶串联 B理想弹簧与理想粘并联 C、四元件模型61、高聚物滞后现象的发生是什么原因（A。A、运动时受到内摩擦力的作用 B、高聚物的惰性很C、高聚物的弹性太大62、PC 时，Tg和Tf均向低温方向移动（C。A、填充剂 B、稳定C、增塑剂64、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聚合物受力可生弹性形变第 24 页（共 14 页）C、聚合物熔体粘度很大Tg65、粘弹性表现最为明显的温度是（BTgA、﹤Tg B、、Tf66、塑料的使用温度是（A。A、﹤g B、Tg~﹤TfC、Tg~Td68当相对分子质量增加时以下哪种性能减小或下（BA、抗张强度 B、可加工性C、熔点69、以下哪个因素增加时，Tg（B。A、增塑剂含量增加 B、交联度增C、主链上杂原子数增加70、高分子的柔顺性增加，以下哪个方面增加（A。A、结晶能力 B、TmC、Tg75、下列哪个过程的熵变增加（A。A、结晶熔化 B、橡胶拉C、交联76共聚物的Tg一般总是 于两均聚物的的玻璃化度（C。A、低 B、高C、介于两者之间第 25 页（共 14 页）77、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、随着形变的增大而小 C、与形变无关78TgTg（C。A负曲线向左移 B正曲线向右移 C负，曲线向右移79、蠕变与应力松弛速度（B。A、与温度无关 B、随温度升高而增C、随温度升高而减小80、有Tf（C。A、PTFE B、UHMWPEC、PC81指数方程中在非牛顿性指数 时聚合物体为假塑性流体（C。A、n=1 B、n﹥1C、n﹤182Tg（B。A、相向移动 B、只有一个Tg且介于二者之间 C、反向移动83、WLF方程是根据自由体积理论推导出来的，它 。(B)第 26 页（共 14 页）A、适用于晶态聚合物松弛过程 B、适用于非晶合物松弛过程C、适用于所有聚合物松弛过程Tb﹤T﹤Tg86在 Tb﹤T﹤TgAC、Tg﹤T﹤Tm87、下列高聚物拉伸强度较低的是（B

BTg﹤T﹤TfA、线形聚乙烯 B、支化聚乙C、聚酰胺-6四、填空题（每空1分，共20分）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度上升而增大力学松弛特性和形变过程有显热效应2粘弹性现象有_蠕变 应力松弛 滞后现象。(力学耗)聚合物材料的蠕变过程的形变包括 普弹形变_高弹形变和粘性形变。7、松驰时间τ的定义为松驰过程完成 632% 所需的时间，τ越长表示 弹 （弹/粘）性越强；损耗角δ的定义是在交变应力的作用下应变 落（滞后于应力的相位差δ越大表示_粘_ （弹粘）性越强。第 27 页（共 14 页）9、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。14宽分子量分布窄的粘度高。16、松弛时间τ的物理意义是632%所需要时间，τ值越小，表明材料的弹性越小。18、在交变应力（变）的作用下，应变滞后于应力一个相角δ的现象称为滞后，δ的范围在0~π2，δ的值越小，表明材料的弹性越好。20、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。8、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。21、lvin模型是模拟 交联 聚合物的 蠕变 过程的 线性粘弹性 模型，其基本运动方程为 。28聚合物流体一般属于假塑性流体 粘度随着剪切率的增大而减小 用幂律方程表示时则n小于 （大于、小于、等于。29通常假塑型流体的表观粘度小于 （大于小于等于）第 28 页（共 14 页）其真实粘度。30、聚合物相对分子质量越大，则熔体粘度越大；对熔体的零切粘度越大。31可回复的形变，法向力效应与挤出物胀大。32PVCHDPETg较高、柔顺性较差、σt较大、流动性较差。37、聚合物静态粘弹性现象主要表现在蠕变和应力弛。模型是一个粘壶和一个弹簧串 模型是一个粘壶和一个弹簧串 联而成适41Mall聚合物的 蠕变 过程用于模拟线性 聚合物的应力松弛 过程；lin型是一个粘壶和一个弹簧 并 聚合物的 蠕变 过程4442松弛时间为松弛过程完 632%或1-1) 所需的间，温度越高，高分子链运动的松弛时间越短 44时间轴上时间轴上右 移45、聚合物的松弛行为包括 应力松弛 、 蠕变、 现象和 力学损耗 。46高分子链的柔顺性增加聚合物的Tg减少 Tm 减第 29 页（共 14 页）少 、Tf 减少 、Tb 增加、结晶能力 增加、溶解能力 增加、粘度 增加 、结晶速率 增加。47、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。48、增加温度，聚合物的粘度减小、柔顺性、τ减小、蠕变增加。49、取向可使聚合物在取向方向可使聚合物的结晶度、高分子液晶相的流体在取向方向上的粘度减小、流动性减小。50、随着聚合物的相对分子质量增加Tg（临界相对分子质量之前）增加Tf增加 Tm 增加 粘度 增加 熔融指数 减小、结晶速率