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。
高分子材料加工工艺聚合物流变学基础
宾汉流体
y p ＞ y
PVC糊的凝胶体，纸浆、牙膏、果冻等属于此种 因为液体静止的时候内部有凝胶性结构，当外力超过这个临界应力的时候，这种结构在完全崩溃，开始流动 。
触变性液体 A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低的液体称为触变性液体。 B.原因：主要是某些液体静置时高聚物粒子间能形成一种非永久性的次价交联点，因而表现出很大的粘
度，类似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而增大的液体称为摇凝性液体。 B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形线团）在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时 次价交联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘 度重新降低。
A.用量小于20%时，随用量增大粘度增大，流动性降低。 B.用量在20～25%时，高聚物粘度最高，流度最小。 C.用量超过30%时，流度随其用量增加而迅速增大。
温度、压力、剪切速率（剪切应力）、分子量、分子量分布 以及添加剂等因素对高聚物体系粘度的影响
1-温度 2-压力 3-分子量 4-填充料 5-增塑剂、软化剂、润滑剂
原因：搅拌→周向流动（周向剪切应力）→分子链沿周向被拉伸取 向（近棒处程度最高）→产生弹性储能→一方面会产生内裹力，形 成包轴，另一方面会通过回缩，产生法向应力，从而形成爬杆。
高分子物理 聚合物流变学
Mc (g/mol) 3500 7000 35000 6200 30000 25000 1300 6000 10000 6000 5000 3000
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Molecular weight and distribution
分子量和分子量分布的影响
分子量增大，还使剪切变稀临界切变速率降低，非牛顿流动性突出 其原因是，分子量大，变形松弛时间长，流动中发生取向的分子链不易恢复原形， 因此较早地出现流动阻力减少的现象
影
响
因
大分子结构参数
素
（平均分子量、分子量分布、长链支化度等）
物料结构及成分 （配方成分，如添料、软化剂等）
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Temperature
温度
温度升高，分子热运 动加剧，分子间距增 大，自由体积增多， 使链段易于活动，内 摩擦减少，粘度下降
温度升高时，粘度下降 剪切变稀临界应变速率升高
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Temperature
特点和机理
特点
✓ 粘度大 ✓ 多数属假塑性流体 ✓ 有弹性效应 ✓ 交联高分子无粘流态
Viscosities of some common materials
Composition
Air Water Polymer latexes Olive oil 橄榄油 Glycerin 甘油 Golden Syrup 糖浆 Polymer melts Pitch 沥青 Plastics Glass
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。
高分子流变学（PDF）
郝文涛，合肥工业大学化工学院
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3. 常用流变测量仪器的类型
① 毛细管型流变仪 根据测量原理不同又可分为恒速型（测 压力）和恒压力型（测流速）两种。通 常的高压毛细管流变仪多为恒速型；塑 料工业中常用的熔融指数仪属恒压力型 毛细管流变仪的一种。
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3. 常用流变测量仪器的类型
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第一节 引言
1. 流变测量的目的
① 物料的流变学表征; ② 工程的流变学研究和设计; ③ 检验和指导流变本构方程理论的发展。
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1）物料的流变学表征
最基本的流变测量任务。 通过测量掌握物料的流变性质与体系的组
分、结构及测试条件的关系，为材料设 计、配方设计、工艺设计提供基础数据， 控制、达到期望的加工流动性和主要物理 力学性能。
稳态流变实验
剪切速率场、温度场恒为常数，不随时间变化。
动态流变实验
应力和应变场交替变化，振幅小，正弦规律变化。
瞬态流变实验
应力或应变阶跃变化，相当于突然的起始流或终止 流。
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5. 根据物料的流动形式分类
剪切流场测量，即1和2方向垂直。 拉伸流场测量，即1和2方向平行。
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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<1
2.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
3.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
4.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=FA
14.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。
聚合物加工流变学作业
关于聚合物挤出胀大的本构方程
摘要：聚合物流体（含溶液、熔体）在流动过程中常常呈现出殊异于牛顿流体的行为，如：孔压误差、口模膨胀效应、包轴现象效应、剪切稀化或剪切增稠、弹性湍流等。特别的，在挤出过程中，当高聚物熔体从口模中挤出时，会出现挤出物挤出模口后其横截面大于模口横截面的现象。这种现象称之为挤出胀大。正确理解挤出胀大现象，对于挤出成型至关重要。一般研究途径有两条，一是从连续介质力学理论,用唯象学观点来描述; 二是运用流变学分子理论,根据微观离散的分子力学模型,用非平衡态统计力学和连续介质力学混合的方程,导出描述流体客观力学性质的本构方程。本构方程定量描述了物质因受外力作用而偏离平衡态的响应, 即应力与应变速率的关系。本文就聚合物挤出胀大的本构方程进行归纳总结。
关键词：挤出胀大，本构方程，流变学
Abstract：Polymer fluid (including solution, melt) often appear different characteristic during flow process from the behavior of the Newtonian fluid. Such as, pore pressure error, mouth mode expansion effect, package shaft effect, shear thinning or shear thickening, elastic turbulence. Especially, When the polymer melt squeezed from the mouth mould during the extrusion processing, the extrudate extrusion die its cross section is greater than the phenomenon of die in cross section. This phenomenon is called extrusion swelling. Understanding the extrusion swell phenomenon is vital for extrusion molding. There are two general approach, one is the theory of continuum mechanics, described with phenomenological learning perspective. Another is rheology molecular theory, according to the microcosmic molecular mechanics model of discrete, export objectively describe fluid mechanics constitutive equation with the nonequilibrium statistical mechanics and continuum mechanics equations. The constitutive equation quantitative described the relationship between the stress and the strain ratematerial, due to external force and the response of the deviation from the equilibrium state. In this paper, the paper summarizes the constitutive equations of polymer extrusion swelling.
聚合物流变学习题库
聚合物流变学习题库
1. ⼀个纸杯装满⽔置于桌⾯上，⽤⼀发⼦弹从桌⾯下部射⼊杯⼦，并从杯⼦的⽔中穿出，
杯⼦仍位于桌⾯不动。如果杯⾥装的是⾼聚物溶液，这次⼦弹把杯⼦打出8⽶远，解释之。
答：低分⼦液体如⽔的松弛时间是⾮常短的，它⽐⼦弹穿过杯⼦的时间还要短，因⽽虽然⼦弹穿过⽔那⼀瞬间有黏性摩擦，但它不⾜以带⾛杯⼦。
⾼分⼦溶液的松弛时间⽐⽔⼤⼏个数量级，即聚合物分⼦链来不及响应，所以⼦弹将它的动量转换给这个“⼦弹－液体－杯⼦”体系，从⽽⼦弹把杯⼦带⾛了。
2. 已知增塑PVC 的Tg 为338K ，Tf 为418K ，流动活化能，433K 时的粘度为5Pa. s 。求此增塑PVC 在338K 和473K 时的粘度各为多⼤
答：在范围内，⽤WLF 经验⽅程计算
⼜因为473K>Tf ，故⽤Arrhenius 公式计算，或 3. 溶液的粘度随着温度的升⾼⽽下降，⾼分⼦溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升⾼
⽽升⾼，怎样理解
答：在常温下，线团密度很⼤时，随温度升⾼，线团趋向松解，粘度增⾼。
在良溶剂中线团密度已经很⼩，随着温度的升⾼，线团密度变化不⼤，粘度降低。
4. 为何同⼀种⾼聚物分⼦量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型
分⼦量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提⾼，粘度⽐窄分布的试样低。
5. 为什么⾼分⼦熔体的表观粘度⼩于其真实粘度
6. 不受外⼒作⽤时橡⽪筋受热伸长；在恒定外⼒作⽤下，受热收缩，试⽤⾼弹性热⼒学理论解释.
答：（1）不受外⼒作⽤，橡⽪筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分⼦的热运动。
聚合物流变学复习题参考答案2
聚合物流变学复习题参考答
案2
-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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）。
聚合物流变学复习题含参考答案
聚合物流变学复习题含参考答案
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。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：
⾼分⼦的流动是通过链段的协同运动来完成的；
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。
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。
⾼分⼦的极性⼤，则粘流温度⾼，分⼦间作⽤越⼤，则粘流温度⾼。
分⼦量分布越宽，粘流温度越低。
.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。
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。
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？
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γ
ησ 0=牛顿流体 Hooke’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（JournalofRheology），一般将此认为流变学诞生日。
聚合物流变学复习题含参考答案
➢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。
➢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：
➢高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的；
➢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。
➢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。
➢高分子的极性大，则粘流温度高，分子间作用越大，则粘流温度高。
➢分子量分布越宽，粘流温度越低。
➢.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。
➢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。
➢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？
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。
聚合物流变学复习题参考答案2
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a 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、极限粘度二：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。
高分子材料流变学
聚丙烯
聚合物 天然橡胶 低压聚乙烯 聚氯乙烯 聚苯乙烯
流动温度/℃
126-160 170-200 165-190 ～170
流动温度/℃
200-220 190-250 250-270 170-190
聚甲基丙烯酸甲 酯
尼龙66 聚甲醛
流动机理 研究表明，黏流态下大分子流动的基本结构单元并不是分子整链，而是链 段，分子整链的运动是通过链段的相继运动实现的。 研究高分子黏流活化能时发现，当熔体分子量很低时，随分子量增大而增 大。分子量达到一定值后，值趋于恒定。与该恒定值对应的最低分子量相 当于由20-30个C原子组成的链段的大小，说明熔体流动的基本结构单元 是链段。
图8-20 几种高分子熔体在200℃的黏度与剪切速率的关系 〇-HDPE；Δ-PS；●-PMMA；▽-LDPE；□-PP
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
3．1．2 分子结构参数的影响
平均分子量的影响 Fox- Flory公式
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
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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＞4000
3.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<1
4、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