高分子流变学(作业)
流变学大题
三：简答题1.聚合物液体在流动过程中的弹性行为。
①端末效应：在管子进口端粘性液体流动的摩擦和大分子的高弹形变产生压力降，管子出口端高弹形变的回复引起液流膨胀，这两种现象称为端末效应。
②不稳定流动：该现象有熔体破裂和“鲨鱼皮症〞。
在高应力或高剪切速率牛顿流动条件下，液体中的扰动难以抑制并易开展成不稳定流动，引起液流破坏，这种现象称为“熔体破裂〞。
“鲨鱼皮症〞的特点是在挤出物外表上形成很多细微的皱纹，类似鲨鱼皮。
这种现象的原因主要是熔体在管壁上滑移和熔体挤出管口时口模对挤出物产生的拉伸作用。
2.成型加工过程中，影响结晶的因素。
①冷却速度的影响。
随冷却速度上升，聚合物结晶时间下降，结晶度下降，到达最大结晶度的温度下降。
②熔融温度和熔融时间的影响。
在熔融温度高和熔融时间长，熔体冷却时晶核的生成主要为均相成核，成核时间长，结晶速度慢，结晶尺寸较大；如果熔融温度低和熔融时间低，异相成核，结晶速度快，尺寸小。
③应力作用的影响。
聚合物受到高应力作用，会加速结晶作用。
晶核生成时间下降，晶核的量上升，结晶的速度上升，结晶度随应力或应变的上升而上升，随压力的上升而上升，压力使熔体结晶上升，应力对晶体的构造和形态也有影响。
④低分子物：固体杂质和链构造的影响。
某些低分子物质和固体杂质等在一定条件下也能影响聚合物的结晶过程，能阻碍或促进聚合物的结晶。
聚合物分子量越高，结晶能力下降。
支化程度低，链构造简单和规整的易结晶。
3.成型加工过程中影响取向的因素。
①温度和应力的影响。
温度升高聚合物粘度下降，有利于取向；随着温度升高，大分子运动加剧，松弛时间缩短，有利于解取向。
温度对聚合物取向和解取向有矛盾作用，聚合物的有效取向决定于这两个过程的平衡条件。
等温拉伸过程能活的性能稳定的取向材料。
②拉伸比的影响。
在一定温度下被拉伸材料的取向程度随拉伸比升高。
③聚合物构造和低分子物的影响。
链构造简单，柔性大分子量低的聚合物容易取向，也容易解取向。
高分子材料流变学复习题
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。
高分子物理 聚合物流变学
small molecule hole
高分子熔体的流动：链段向 “孔穴” 相继跃迁 Reptation 蛇行
13
Flow curve
a
Kn
第一牛顿区
0零切粘度
第二牛顿区
无穷切粘度，极限粘度
假塑性区
流动曲线斜率n<1 随切变速率增加，ηa值变小 加工成型时，聚合物流体所经受的 切变速处于该范围内(100-103 s-1)
PC聚碳酸酯
63.9 79.2 108.3-125
PVC-U硬聚氯乙烯
147-168
PVC-P增塑聚氯乙烯
210-315
PVAc聚醋酸乙烯酯
250
Cellulose纤维素醋酸酯
293.320
Temperature
温度
Activation energy
粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量，表示流动单元（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
183℃/PS
242k 217k 179k 117k 48.5k
28
分子量的影响
log
从成型加工的角度
降低分子量可增加流动性，改善加工性 能，但会影响制品的力学强度和橡胶的 弹性
牛顿流动定律
: Melt viscosity
液体内部反抗流动 的内摩擦力
1Pa s = 10 poise (泊)
牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关
7
Types of Melt Flow
液体流动的类型
类型
曲线 公式 实例
Shear stress Shear stress Shear stress Shear stress Viscosity
高分子材料流变学教学
高分子材料流变学教学引言高分子材料流变学是研究高分子材料在外力作用下的变形和流动行为的学科，对于合理设计高分子材料的工艺参数、提高高分子材料的加工性能具有重要意义。
本文将介绍高分子材料流变学教学的内容、教学方法和案例分析，以帮助学生深入了解该学科的基本概念和实际应用。
教学内容高分子材料流变学教学主要包括以下内容：1.高分子材料的力学性能：介绍高分子材料的弹性、塑性和黏弹性等力学性能，以及与这些性能相关的工艺因素和材料结构的关系。
2.流变学基本概念：介绍高分子材料流变学的基本概念，包括应力、应变、应变速率、粘度、屈服应变等，以及流变学中常用的测试方法和仪器。
3.流变学模型与实验数据处理：介绍高分子材料流变学的常用模型，如弹性模型、粘弹性模型和塑性流变模型，并探讨如何利用实验数据对模型进行参数拟合和分析。
4.高分子材料加工和应用：介绍高分子材料在不同加工条件下的流变行为，如挤出、注塑和拉伸等，以及高分子材料的应用领域，如塑料制品、橡胶制品和复合材料等。
教学方法高分子材料流变学教学可以采用以下方法：1.理论讲解：通过教师的讲解，介绍高分子材料流变学的基本概念和理论知识，帮助学生建立起对该学科的整体认识和框架。
2.实验操作：通过实验操作，让学生亲自进行流变学测试，并学习如何操作流变仪器和处理实验数据，加深对流变学知识的理解和应用。
3.讨论和案例分析：通过讨论和案例分析，引导学生分析和解决实际问题，培养学生的独立思考和问题解决能力。
4.专业实习：安排学生到工业企业或科研机构进行实习，让学生实践所学的流变学知识，并了解高分子材料流变学在实际工作中的应用。
案例分析下面以挤出加工为例进行案例分析：挤出是一种常用的高分子材料加工方法，通过挤出机将高分子材料加热融化后，通过模具挤出成型。
在挤出过程中，高分子材料会受到剪切力和压力的作用，因此流变学的知识对于优化挤出工艺和提高产品质量具有重要影响。
在案例中，学生需要分析挤出过程中高分子材料的流变行为，并根据实验数据对材料流变模型进行拟合和参数分析。
高分子材料流变学
课程编号：0301106高分子材料流变学Polymer Rheology总学时：32总学分：2课程性质：专业基础课开设学期及周学时分配：第六学期，4或3学时/周适用专业及层次：高分子材料专业，本科相关课程：物理化学、高分子物理、橡胶工艺学、聚合反应工程学、塑料成型工艺学教材：《高分子材料流变学》，吴其晔编著，高等教育出版社，2002年推荐参考书：《聚合物加工流变学》，C. D. Han著，徐僖、吴大诚译，科学出版社，1985年一、课程目的及要求《高分子材料流变学》是高分子材料与工程专业本科生的必修课，课程设置的目的是：1. 使学生对高分子材料加工过程的基本原理，主要包括高分子材料在成型加工过程中的基本流变学原理有比较全面的认识。
结合高分子物理学、材料加工工艺学、加工机械及模具设计，理解高分子材料的流变性质与材料的结构、性能、制品配方、加工工艺条件、加工机械及模具的设计和应用之间的关系。
2. 掌握高分子材料的基本流变学性质；了解研究高分子材料流变性质的基本数学、力学方法；掌握测量、研究高分子材料流变性质、传热性能的基本实验方法和手段。
为进一步学习《聚合反应工程学》、《材料成型加工工艺学》、《材料成型加工机械》、《模具设计》等课程打下基础。
3. 讨论典型高分子材料成型加工过程的流变学原理，讨论多相聚合物体系（复合材料）的流变性质，为分析和改进生产工艺、指导配方设计、开发和应用高分子材料提供一定的理论基础。
本大纲遵循基本理论与生产实践相结合，既有一定广度，又有一定深度、新度，材料宏观性质与微观结构分析相结合，唯象性讨论与建立数学模型相结合的特点，按照少而精的原则，设置了七章二十节内容，教学时数为32学时。
二、课程内容及学时分配（一）课程内容第一章绪论§1-1 流变学概念§1-2 高分子流变学研究的内容和意义§1-3 高分子液体的奇异流变现象高粘度与剪切变稀；Weissenberg效应；挤出胀大现象；不稳定流动和熔体破裂现象§1-4 高聚物粘流态特征和流动机理粘流态特征；流动单元；流动机理，简介“高分子构象改变理论”及“力化学流动图象”参考书：《高分子材料流变学》第一章，第1，2，3，4节第二章基本物理量和高分子液体的基本流变性质§2-1 粘度与法向应力差函数形变（剪切形变、拉伸形变）；形变率和速度梯度（剪切速率、拉伸速率）；应力（切向应力、法向应力、法向应力差）；剪切粘度（零剪切粘度、表观粘度、无穷剪切粘度）；法向应力差函数（第一、二法向应力差函数）；拉伸粘度参考书：《高分子材料流变学》第二章，第3节§2-2 非牛顿型流体的分类Bingham塑性体（屈服应力）；假塑性流体（牛顿流动区、剪切变稀区、幂律定律、第二牛顿流动区）；胀塑性流体（剪切变稠性）；触变体和震凝体参考书：《高分子材料流变学》第二章，第4节；第一章，第3.9节第三章关于高分子液体粘弹性的讨论§3-1 关于剪切粘度的深入讨论温度的影响Arrhenius方程；粘流活化能；W-L-F方程剪切应力和剪切速度的影响流变曲线的特点；流变曲线的时温叠加性超分子结构参数的影响平均分子量的影响（Fox-Flory公式；分子链缠结对流变性的影响）；分子量分布的影响；长链支化的影响配合剂的影响填充补强剂的影响（炭黑、碳酸钙）；软化剂、增塑剂的影响参考书：《高分子材料流变学》第二章，第5节；第四章，第4节§3-2 关于“剪切变稀”及“液体弹性”的说明高分子构象改变说参考书：《高分子材料流变学》第二章，第6节§3-3 高分子液体的弹性效应挤出胀大效应熔体破裂现象高分子液体弹性效应的定量描述法向应力差函数；可恢复剪切形变；挤出胀大比与出口压力降参考书：《高分子材料流变学》第二章，第7节；第六章，第2.4节；第九章，第1节第四章流变学基础方程及应用§4-1 连续性方程简介质量守恒定律、连续性方程的物理意义§4-2 运动方程简介动量守恒定律、运动方程的物理意义；Navier-Stokes方程§4-3 能量方程简介能量守恒定律、能量方程的物理意义§4-4 应用举例§4-5 高聚物流变本构方程简介参考书：《高分子材料流变学》第五章，第1234节；第三章，第1节第五章剪切粘度的测量方法§5-1 流变测量的目的、意义测粘仪器的种类§5-2 落球式粘度计的测量原理§5-3 毛细管流变仪原理及数据处理完全发展区的流动分析，剪应力和剪切速率的计算，Rabinowitch修正，粘度的测量；入口区的流动分析，入口压力校正（Bagley校正）§5-4 转子式流变仪简介§5-5 Brabender-Haake转矩流变仪简介§5-6 动态粘度的测量储能模量、损耗模量、复数模量、动态粘度、复数粘度、损耗因子参考书：《高分子材料流变学》第六章，第1，2，3，4，5节第六章高聚物典型加工过程的流变分析§6-1 混炼工艺、压延工艺的流变分析§6-2 挤出成型过程的流变分析§6-3 注射成型过程的流变分析参考书：《高分子材料流变学》第七章，第1，2节；第八章，第1节第七章高分子基多相体系的加工流变行为§7-1 多相共聚-共混体系的流变行为高分子-高分子共混原则；高分子共混体系的形态；多相共混体系粘性行为的特点；多相共混体系弹性行为的特点§7-2 高聚物填充体系的流变行为填充体系的屈服现象；填充体系的粘性行为；填充体系的弹性行为三、教学重点与难点第一、二、三章：1. 前三章为本课程学习的重点和基础。
高分子流变学基本概念课件
高分子流体的粘弹性
弹性
高分子流体在受到外力作用时发生的形变能够部分恢复。
粘性
高分子流体在受到外力作用时产生的剪切应力。
粘弹性
高分子流体同时具有弹性和粘性，其流变行为受温度、应力和分 子结构的影响。
高分子流体的流动行为
层流与湍流
高分子流体在管中流动时，层流 状态下剪切速率与距离成线性关 系，湍流状态下剪切速率与距离 成非线性关系。
高分子流变学基本概 念课件
目录
CONTENTS
• 高分子流变学简介 • 高分子流体的基本性质 • 高分子流变学的基本理论 • 高分子流变学在工业中的应用 • 高分子流变学的未来发展
01 高分子流变学简介
高分子流变学的定义
总结词
高分子流变学是一门研究高分子材料 流动和变形的学科。
详细描述
高分子流变学主要研究高分子材料在 受到外力作用时发生的流动和变形行 为，以及流动和变形过程中涉及的物 理、化学和力学等现象。
流动曲线
描述剪切速率与剪切应力之间关 系的曲线，分为牛顿区、屈服点 和粘弹性区域。
流动不稳定性
高分子流体在流动过程中可能出 现的各种不稳定性现象，如拉伸 流动、漩涡脱落等。
03 高分子流变学的基本理论
唯象理 论
唯象理论是从宏观角度研究高分子流体的行为，通过实验观察和经验公式 来描述高分子流体的流变性质。
高分子流变学的跨学科研究
01
与物理学的交叉
研究高分子流体的热力学性质和 流动行为，探索高分子链的动力 学过程。
02
与化学的交叉
03
与工程的交叉
研究高分子材料的合成和改性， 探索高分子链的化学结构和反应 机理。
将高分子流变学的理论应用于实 际生产过程中，解决工程实际问 题。
高分子流变学
第一章 绪 论1． 流变学概念流变学——研究材料流动及变形规律的科学。
高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。
图1-1 液体流动与固体变形的一般性对比Newton’s 流动定律 γησ 0= 牛顿流体 H ooke’s 弹性定律 εσE = 虎克弹性体实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。
如沥青、粘土、橡胶、石油、蛋清、血浆、食品、化工原材料、泥石流、地壳，尤其是形形色色高分子材料和制品，它们既能流动，又能变形；既有粘性，又有弹性；变形中会发生粘性损耗，流动时又有弹性记忆效应，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虎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。
流变性实质——“固-液两相性”，“粘弹性”并存。
这种粘弹性不是小变形下的线性粘弹性，而是材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹行为。
流动与变形又是两个紧密相关的概念。
在时间长河中，万物皆流，万物皆变。
流动可视为广义的变形，而变形也可视为广义的流动。
两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同。
按地质年代计算，坚硬的地壳也在流动，地质学中著名的“板块理论”揭示了亿万年来地球大陆板块的变化和运动。
另一方面，如果以极快的速度瞬间打击某种液体时，甚至连水都表现了一定的“反弹性”。
1928年，美国物理化学家E.C.Bingham正式命名“流变学（rheology）”，字头取古希腊哲学家Heraclitus所说的“ ”，意即万物皆流。
1929年成立流变学会，创办流变学报（Journal of Rheology），一般将此认为流变学诞生日。
流变学是一门涉及多学科交叉的边缘科学。
高分子材料流变学的研究内容与高分子物理学、高分子化学、高分子材料加工原理、高分子材料工程、连续体力学、非线性传热理论等联系密切；其研究对象的力学、热学性质相当复杂。
高分子材料流变学
【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+ηpγ4.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∗γ 212(N1通常为正值)11.第二法向应力差：同上，关系式为N2=τ22−τ33=φ2∗γ 212 (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,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。
15．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。
16．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【简答题】1.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）2.流变测量的目的：（1）物料的流变学表征。
高分子材料流变学
青岛科技大学
研究高分子材料流变性的意义
高分子熔体和溶液具有流动性和可塑性，是高分子材料可以加工成型不 同形状制品的依据； 研究流变规律性，对于聚合工程和聚合物加工工程的合理设计、优化和 正确操作，实现高产、优质、低耗具有指导意义； 在当前高分子工程中，流变学设计已成为分子设计，材料设计，制品设 计及模具与机械设计的重要组成部分。
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
2．2．2 计算高分子液体黏度的经验方程
Ostwald-de Wale幂律方程（power law） 幂律公式
K n
n 1 a K
流动指数或非牛顿指数
n d ln d ln
图8-15 几种聚合物熔体剪切应力与剪切速率的关系 （测试温度200℃）
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
1 .2 高分子黏流态特征及流动机理
黏流态 高分子材料的黏流态，指温度处于黏流温度（Tf）和分解温度 （Td）之间的一种凝聚态。从宏观看，黏流态主要特征是在外力 场作用下，熔体产生不可逆永久变形和流动。微观看，发生黏性 流动时分子链产生重心相对位移的整链运动。
图8-2 高分子液体“爬杆”效应示意 图
光滑 20 s-1
光滑 30 s-1
鲨鱼皮畸变 100 s-1
鲨鱼皮畸变 200 s-1
黏-滑转变 300 s-1
螺纹状畸变 800 s-1
螺纹状畸变 1000 s-1
熔体破裂 2000 s-1
School of Polymer Science & Engineering
第4章 剪切黏度的测量方法 4．1 毛细管流变仪测量表观剪切黏度 4．2 恒速式双毛细管流变仪简介 4．3 锥－板型转子流变仪简介 4．4 落球式黏度计的测量原理 第5章 高分子熔体流动不稳定性 5．1 挤出过程中的畸变和熔体破裂行为 5．2 纺丝成型过程中的拉伸共振现象 第6章 加工成型过程的流变分析 6.1压延工艺的流变分析 6.2挤出成型的流变分析 6.3 注射成型的流变分析
高分子材料加工流变学现状分析作业
u=V1/A1=V2/A2
(3) 能量方程 意义：液体流动单元中总能量不变，但各种能量之间可以互相转换．数学 表达式为：
v2/2g +Ｐ/ρ + z = C(常数)
高分子材料加工流变学
黏流活化能
黏流活化能影响因素 ✓ 分子链的柔顺性 ✓ 分子链的极性 ✓ 取代基的大小 ✓ 相对分子量分布 ✓ 剪切速率、剪切应力 ✓ 温度 ✓ 补强剂
黏流活化能
✓ 粘流活化能的测定 ✓ 一些高分子化合物黏流活化能举例
高分子化合 物
NR IR CR SBR NBR
Eη， kJ/mol
1.05 1.05 5.63 13.0 23.0
通过加热使玻璃态的高聚物变为黏流态。 2.流动成型
通过高压使熔体流动并通过模具成型 3.冷却固化
通过冷却使熔体固化成玻璃态并定型
第三节 高分子熔体的黏性流动与弹性
高分子材料加工过程的特点 1.使用高分子材料的黏流态进行流动变形加工 2.加工温度低 3.加工容易 以上特点决定高分子材料的应用非常广泛
牛顿流体
关于黏度的讨论 1）物理意义：促使流体产生单位速度梯度的剪
切力 2）黏度的影响因素 ➢ 流体本身的性质：如流体的结构、组成等 ➢ 温度：温度上升导致黏度下降 ➢ 压顿液体的流动
根据流体的流变方程式或流变曲线图，可将非牛顿型流体分类
例：吹塑薄膜的生产；双向拉伸薄膜的生产
一、拉伸流动与拉伸黏度
拉伸流动的数学描述 1.牛顿流体
λ=σ/ε σ=λ ε λ：拉伸黏度 σ：拉伸应力 ε：拉伸应变
一、拉伸流动与拉伸黏度
拉伸流动的数学描述 2.非牛顿流体 ✓ 低拉伸速率时，高分子材料熔体的拉伸流动行
为符合牛顿流体的拉伸流动公式 ✓ 高拉伸速率时，高分子材料熔体的拉伸流动行
涨塑性流体的数学描述-指数定律
（2）涨塑性（膨胀性）流体
涨塑性流体流变行为的解释
（2）涨塑性（膨胀性）流体
涨塑性流体流变行为的解释
高分子流变学
高分子流变学高分子流变学是指以有机分子结构体系为基础，研究物质在各种条件下的流变行为的学科，它是力学与物理化学交叉学科，是研究高分子材料性能、强度性能及用途等方面技术问题的重要方向。
它研究的主要内容是：物质在受到外力作用时，在外力的作用下，形状发生改变并失去原有的力状态，或者外力的增大把物质分解成其它物质的研究。
高分子流变学可以分为两大类：一类是力学流变学，即以力学方法研究物质在受力作用下的变形、强度、耗散等各种现象及物质整体结构及其变化的学科；另一类是物理化学流变学，即以物理化学方法研究物质分子结构及其相互作用力对物质整体性能的影响，包括表面力学性质、黏度、热塑性等性质的研究。
一般来说，高分子流变学的研究范围包括：（1）各种高分子材料的流变性能：物质受力作用时的变形、强度及损耗等；（2）各种高分子复合体的流变性能：混合材料及其构造对流变性能的影响；（3）各种高分子有机混合体的流变性能；（4）各种高分子凝胶体系的流变性能；（5）各种高分子材料的表面力学性质；（6）各种高分子材料的黏度；（7）各种高分子材料的热塑性等。
由此可见，高分子流变学的研究内容十分广泛，以上概括的只是其主要的研究方向。
高分子流变学的研究方法多种多样，包括物理化学方法、分子动力学模拟方法、统计力学方法、数学方法、拉伸实验、断口实验、压缩实验、延伸实验、撕裂实验、油化实验、交联实验等。
这些实验可以研究物质在受力作用下的流变性能、强度性能、分解性能等，因此在研究高分子材料的物性及强度性能时，这些方法都是不可或缺的。
与其它科学学科不同，高分子流变学有着其独特之处：首先，它是以有机分子结构体系为基础，研究物质受力作用时因材料组成、材料结构及外力变化而发生的变形、强度、损耗等现象；其次，它研究的对象没有限定，可以是任何类型的高分子材料，综上所述，高分子流变学是以有机分子结构体系为基础的力学与物理化学交叉学科，是研究高分子材料性能、强度性能及用途等方面技术问题的重要方向，其研究范围很广，涉及高分子材料的流变性能、各种高分子复合体的流变性能、各种高分子有机混合体的流变性能、各种高分子凝胶体系的流变性能等，研究方法也多种多样，为研究高分子材料物性及强度性能提供了重要参考。
高分子流变学
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。
17. 爬杆现象、weissenberg效应、包轴现象：高分子液体在用圆棒搅动时环绕在旋转木棒附近并沿棒向上爬的现象。
高分子材料流变学4塑料流变成型原理
高分子材料流变学4塑料流变成型原理塑料流变成型是一种将热塑性高分子材料加工成所需形状的方法。
这种加工方法非常重要，因为塑料是一种具有独特性能的材料，其成型能力直接影响到最终产品的质量和性能。
塑料流变成型的原理可以简单地理解为将热塑性高分子材料加热到玻璃化转变温度以上，使其变得可塑性，然后通过施加力和形状变化来实现成型。
具体来说，塑料流变成型涉及以下几个关键步骤：1.材料加热：将塑料原料以颗粒、粉末或片状等形式加载到加热设备中，并通过加热设备将其加热到玻璃化转变温度以上。
2.熔融：一旦塑料加热到足够高的温度，聚合物链之间的键会变得松弛，使得材料具有流动性。
这种高温下的塑料称为熔体，是进行塑料流变成型的基础。
3.施加力：在熔融状态下，施加外部力来给予材料以形状变化。
这种力可以通过模具、挤压机或注射机等设备施加。
施加力的方式取决于最终产品的形状要求。
4.成型：在施加力的同时，塑料熔体被带入模具中，使其填充模具中的空腔，形成最终产品的形状。
在模具中冷却后，塑料会重新固化，保持所需的形状。
5.产品冷却和固化：成型后的产品需要在模具中冷却，以使塑料重新固化，并保持成型后的形状。
冷却速度和时间取决于材料的特性和产品的尺寸。
塑料流变成型的原理主要通过控制塑料的温度和施加力的方式来实现。
温度可以改变材料的粘性和流动性，而施加力则可以驱使材料填充模具的空腔。
这种成型方式可以用于制造各种形状和尺寸的塑料制品，包括瓶子、盒子、零件等。
总的来说，塑料流变成型利用高温下塑料的可塑性和流动性来实现塑料制品的成型。
通过控制温度和施加适当的力，可以获得具有预期形状和性能的塑料制品。
塑料流变成型是一种重要的加工方法，广泛应用于工业生产和日常生活中。
青科成人教育《高分子流变》期末考试复习题及参考答案
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。
《聚合物流变性》练习题及解答
《聚合物流变学》练习题一、简答题1、简述高分子流变学的定义。
2、简述流变本构方程的定义。
3、简述线性粘性变形的特点。
4、简述假塑性流体粘度随着剪切速率升高而下降的主要原因。
5、相同分子量情况下，为什么短支链的支化高聚物容易流动，长支链的难于流动？6、在聚合物韧性断裂过程中，超过屈服应力后应力一般略有下降，请解释出现这一现象的原因。
二、论述题1、论述聚合物流变行为的特性。
2、画出典型的假塑性非牛顿流体的流动曲线，曲线可以分为那几个区？利用链缠结的观点解释各个区间的剪切速率与粘度的关系。
《聚合物流变学》练习题答案一、简答题1、简述高分子流变学的定义。
高分子流变学是研究高分子及其熔体的变形和流动特性，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。
2、简述流变本构方程的定义。
在不同物理条件下(如温度、压力、湿度、辐射、电磁场等)，以应力、应变和时间的物理变量来定量描述材料状态的方程，叫作流变状态方程或本构方程。
3、简述线性粘性变形的特点。
（1）变形的时间依赖性，（2）流变变形的不可回复性，（3）能量散失，（4）正比性4、简述假塑性流体粘度随着剪切速率升高而下降的主要原因。
聚合物分子链在流场中的取向，使流动阻力减小。
也可以这样说，在流动过程中，分子链构象有变化，即与松弛有关。
此外，剪切速率的增大使影响流动的缠结点解脱，这也是粘度下降的原因之一。
5、相同分子量情况下，为什么短支链的支化高聚物容易流动，长支链的难于流动？具有短支链的分子之间距离大，流动阻力小；具有长支链的分子之间缠结过于严重。
6、在聚合物韧性断裂过程中，超过屈服应力后应力一般略有下降，请解释出现这一现象的原因。
原因可能有两个方面，一方面屈服后链段开始运动，与线弹性变形涉及的键拉伸等变形相比所需应力较小；另一方面是在屈服后试样的截面积变小，达到同一应力所需的作用力就相应较小，而应力应变曲线中的工程应力仍以原始面积计算应力。
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高分子材料加工流变学现状分析第一章聚合物流变学介绍和意义流变学是在20世纪20年代随着土木建筑工程、机械、化学工业的发展需要而形成的。
一些新材料的开发和应用，使传统的弹性力学和粘性理论已不能完全表征它们的特性。
1928年，美国物理化学家E.C.宾汉把对非牛顿流体的研究正式命名为流变学,并倡议成立流变学会,创刊了《流变学杂志》。
此后，流变学逐渐为世界各国所承认并得到发展。
聚合物流变学是随高分子材料的合成、加工和应用的需要，于50年代发展起来的。
在聚合物的聚合阶段，流变学与化学结合在一起；而在以后的阶段，主要是与聚合物加工相结合。
聚合物流变学70年代发展较快，在1984年第九届国际流变学会议上总结了最近的研究成果，B.米纳等主编了《流变学进展》一书。
流变学包括：聚合物流变学、电流变学、磁流变学、光流变学、化学流变学。
研究聚合物流变学的意义在于：①可指导聚合，以制得加工性能优良的聚合物。
例如：合成所需分子参数的吹塑用高密度聚乙烯树脂，则所成型的中空制品的冲击强度高，壁厚均匀，外表光滑；增加顺丁橡胶的长支链支化和提高其分子量，可改善它的抗冷流性能，避免生胶贮存与运输的麻烦。
②对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、正确选择加工工艺条件、指导配方设计均有重要意义。
例如：通过控制冷却水温及其与喷丝孔之间的距离，可解决聚丙烯单丝的不圆度问题；研究顺丁橡胶的流动性，发现它对温度比较敏感，故需严格地控制加工温度。
③对设计加工机械和模具有指导作用。
例如：应用流变学知识所建立的聚合物在单螺杆中熔化的数学模型，可预测单螺杆塑化挤出机的熔化能力；依据聚合物的流变数据，指导口模的设计，以便挤出光滑的制品和有效地控制制品的尺寸。
第二章高分子材料流体的剪切流动一、几个基本概念１、塑料的四种聚集状态：结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态２、应力：作用于物体上并使物体产生形变或者运动的力叫应力在塑料加工中常用到的应力有三种：剪切应力：施于物体运动方向上使物体界面产生相对运动的力拉伸应力：使物体按一定方向拉伸而伸长的力。
压缩应力：作用于物体的垂直面上而使物体压缩的力。
塑料受外力作用产生流动，流动的类型也有三种：层流：雷若准数＜２１００～２３００混流：Ｒe＝２３００～４０００湍流：Ｒe＞40003.拉伸流动和剪切流动动:拉伸流动:流动的质点速度仅沿流动方向发生变化剪切流动:流动的质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化二、塑料熔体的流动行为特点１、流体流动的三个基本方程(1)连续性方程意义：液体在管道内作稳定流动时单位时间内通过任一载面的流量是不变的。
因而管径大的地方流动速度小，小的地方流动速度大。
这样就保持了质量不变。
其数学表达式为： m=u1·A1·ρ1= u2·A2·ρ2(2)动量方程意义：理想液体（无粘性、不可压缩）在管内作稳定流动时，其压力和速度仅是位置的函数，不随时间而变．数学表达式为：u=V1/A1=V2/A2(3) 能量方程意义：液体流动单元中总能量不变，但各种能量之间可以互相转换．数学表达式为：v2/2g +Ｐ/ρ + z = C(常数)v2/2g－表示动能P/ρ－表示压力能 z－表示位能2.高分子熔体的流动粘度大多数成型过程中都要使聚合物处于流动状态，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，输送和成型。
也就是说高分子材料的成型加工就是利用聚合物的流动变形来实现的。
为使聚合物在成型中易于流动和变形，都要将聚合物变成粘流体或溶液或分散体(悬浮液) 这些都属于液体的范畴。
也就是都属高分子流体。
通过化工原理知流体在流动时存在抗拒内在的向前运动的特性，这种特性就是黏性，主要与流体的剪切应力与剪切速率有关，也就是牛顿粘性定律。
根据牛顿粘性定律，各种流体的流动粘度与剪切应力和剪切速率的关系不同，现分述如下：1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关，即η为常数。
其数学关系式为：牛顿粘度η，又叫切变粘度系数，简称粘度，单位Pa.S。
定义为产生单位剪切速率（速度梯度）所必须的剪切应力值。
它表征液体流动时流层之间的摩擦阻力，即抵抗外力引起流动变形的能力。
仅与流体的分子结构和外界条件有关，不随剪切应力和剪切速率而变。
2、宾哈流体：与牛顿流体基本相同，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后才发生塑性流动。
3、假塑性流体：这种流体是非牛顿流体，剪切应力与剪切速率呈幂指数关系，流动曲线是抛物线形。
流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。
多数聚合物熔体，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。
n<14、膨胀性流体：这种流体的流动与假塑性流体相反，它的表观粘度随剪切应力的增加而上升。
n>1 各类流体的流动与应力的关系式如下表流体的流动粘度与应力的关系流动类型流动规律符合的流体备注牛顿流体PC和PVDC接近低分子多为此类( η为常数)宾哈流体凝胶糊、良溶剂的浓溶液在剪切力增大到一定值后才能流动。
( τy和η为常数)假塑性流体大多数聚合物熔体、溶液、糊剪切增加，粘度下降。
原因为分子“解缠”n<1膨胀性流体高固体含量的糊剪切增加，粘度升高。
n>1聚合物不同类型的流动曲线不同成型工艺剪切速率范围 成型方法 剪切速率/S －1 成型方法 剪切速率/S －1 压缩模塑 1～10 注射模塑 103～105混炼与压延 10～102涂层 102～103挤出102～103浇铸与蘸浸～10三、影响塑料熔体流动(粘度)的因素 （一）温度的影响温度增加粘度下降，流动性增加。
影响程度分为两种情况： 1、在温度为T>Tg+100℃时（阿雷尼厄斯方程）对于服从幂律方程的流体（假塑性流体）活化能E 与流动指数n 的关系为：Er=nE τ 活化能：每摩尔运动单元流动时所需要的能量，活化能越大，粘度对温度越敏感，温度升高时，粘度下降越明显。
2.在较低温度(T ≈Tg+100℃)时:（二）压力对粘度的影响压力增加，粘度增加，相当于温度下降。
增加的量可用等效换算因子（△T/△P ）来计算，一般聚合物熔体的换算因子为0.3~0.9℃/MPa.或用下式计算：()TRT T T E ：T 000ln ln -=γηη 恒定剪切速率()TRT T T E ：T 000ln ln --=τηη衡定剪切应力()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+--=g g g T T T T T 6.5144.17lg lg ηηηap =ηp e b (P－P0)b为常数约为0.207(Pa-1)（三）分子结构的影响1、分子链的极性：极性越大，粘度越高，流动性越差。
2、分子量：分子量越大，粘度越高，流动性越差。
3、分子量分布：分子量分布宽比分布窄的，剪切速率提高，粘度下降变化明显。
4、支化：分子链是否支化及其支化程度对粘度影响很大，在相同相对分子质量下有支化的比无支化的粘度低，长支链比短支链的低．（四）添加剂的影响加入的添加剂时：刚性添加剂提高粘度，柔性添加剂降低粘度。
（五）剪切速率对粘度的影响具有非牛顿行为的聚合物熔体其粘度随剪切速率的增加而下降：n<1不同的高聚物熔体的粘度受剪切速率的影响程度是不相同的。
掌握聚合物熔体粘度对剪切速率的依赖性，对聚合物成型加工中选择合适的剪切速率很有意义。
对剪切速率敏感性大的塑料可采用提高剪切速率的方法使其降低粘度易于流动。
第三章高分子材料液体的拉伸流动引起流动的应力不是剪切应力而是拉伸应力, 这种流动称为拉伸流动，拉伸流动时的粘度称为拉伸粘度(λ)拉伸流动 :当一个液体流动单元中A、B两个质点，由于拉伸力的作用使A、B间的距离变大的过程称为拉伸流动。
拉应力σ与拉伸应变速率ε之比值λ称为拉伸粘度。
σ=λ·ε拉伸流动与剪切流动的区别：剪切流动是一个平面在另一个平面上的滑移,而拉伸流动是同一个平面上两质点距离的拉长,而且拉伸应力有单双向之分。
拉伸流动主要用于拉丝、吹膜、中空成型和热成型。
第四章高分子材料的粘性流动与弹性粘性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。
其流动称为粘性流动。
弹性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。
其流动称为弹性流动。
受剪切应力而产生的弹性变形称为剪切弹性。
受拉应力而产生的弹性变形称为拉伸弹性。
弹性模量：物体所受应力对其发生的弹性变形量的比值称为弹性模量。
因剪应力而引起的称为剪切弹性模量；因拉应力而引起的称为拉伸弹性模量。
用数学公式表示：剪切弹性模量 G=τ/γR拉伸弹性模量 E=σ/εR大多数高分子流体属非牛顿流体，流动时既有粘性变形又有弹性变形。
变形趋势 : 熔体在流动时既有粘性变形又有弹性变形，以何种变形为主。
❖变形趋势可用松驰时间法来判别。
❖松驰时间：熔体受有应力作用时的表观粘度对弹性模量的比值：Ｔ＝ηa／Ｇ或Ｔ＝λ／Ε❖凡变形经历的时间大于松驰时间的，以粘性变形为主，小于松驰时间的以弹性变形为主。
❖入口效应和离模膨胀及熔体破裂主要是聚合物的弹性引起。
高分子熔体的弹性及影响因素❖高分子熔体在黏流过程中伴随有可逆的高弹形变，这是高分子熔体区别于小分子流体的重要特点之一。
高分子熔体的弹性流变效应（流动出现的不正常现象）称为流动缺陷。
❖主要表现有：❖1。
包轴现象❖2。
挤出物胀大现象。
（端末效应、出口膨胀）❖3。
不稳定流动。
弹性对流动形式的干扰（熔体破碎、鲨鱼皮症）影响高分子熔体弹性的因素：1、剪切速率剪切速率增加，弹性效应增大2、温度温度升高，弹性效应减小3、相对分子质量及其分布分子量大分布宽弹性效应显著。
4、流道的几何形状态变化多、变化大弹性效应大。
避免或减轻弹性效应的影响的措施： 1、入口处设计成流线形 2、适当提高温度3、降低相对分子质量，加宽分子量分布。
4、添加少量低分子物或与少量高分子物共混5、正确设计浇口的大小和位置6、在临界剪切应力和剪彩切速率下成型7、挤出后适当牵引通过这一章的学习，主要要明确聚合物的熔体粘度主要与剪切应力和剪切速率大小、温度高低、压力有关。
当然也与聚合物本身性能有关如分子结构、分子量大小等有关。
树脂粘度的高低，直接影响熔体的流动性，熔体的流动性是衡量树脂加工难易程度的尺度。
第五章 熔体在简单截面导管的流动1、聚合物流体在导管中的流动(圆管）假设：聚合物流体（熔体或分散体）在圆管内作压力流动、层流，且在等温条件下稳态流动。
取一液柱进行分析推导可以得出任意半径r 处的流层所受到的剪切应力为：ΔP 为圆管两端的压力降、L 为管长。
从式中可知： 管壁处剪切应力最大，中心处为零； 剪切应力与流动性无关；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系；如图：2、在狭缝形导管内的流动狭缝形：宽高比大于20的圆形流道。