聚合物流变学基础复习题

聚合物流变学基础复习题
动态力学性能：材料在交变力场作用下的力学性能。

爬杆现象：法向应力超过了离心力就将流体沿旋转轴向上推。

挤出膨胀：聚合物熔体经口模挤出后，其断面膨胀，大于口模的断面。

无管虹吸：对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。

对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称无管虹吸效应。

临界分子量：聚合物的性质随分子量的增加或减少，变化规律发生转折所对应的分子量。

蠕变实验：在不同的材料上瞬时地加上一个应力并保持恒定，然后观察各种材料的应变随时间的变化的实验。

应力松弛实验：使材料试样瞬时产生一个应变，保持恒定，然后观察应力随时间的变化的实验。

涂-4杯：国内应用最广泛的一种粘度杯，按GB/T 1723-93设计，适用于测量涂料及其它相关产品的条件粘度。

圆管中的稳定层流：流体仅沿着z轴方向在一根细管中流动，且每个质点的流动速度不随时间变化。

Couette流动：在外圆筒与内圆筒之间环形部分内的流体中的任一质点仅围绕着内外管的轴以角速度ω作圆周运动，没有沿Z或Y 方向流动。

锥板流动：发生在一个圆锥与一个圆盘之间，圆盘与平板之间的夹角很小，一般小于4度，在流动中，剪切面为具有相同θ坐标的圆锥面，速度梯度为θ方向，流体流动的方向为ψ方向。

进口效应：由于毛细管很细，压力传感器不能设置在毛细管壁上，它只可设在毛细管进口处的机筒内，这样测得的压力来计算粘度会偏高。

边缘效应：部分转矩被消耗在产生这种在边缘上的复杂流动上而造成的误差。

塑性：某些聚合物流体在受较低应力时像固体一样，只发生弹性形变而不流动，只有当外力超过某个临界值σy（屈服应力）时，它会发生流动，网络被破坏，固体变为液体。

假塑性：粘度随剪切速率的增大而下降的性质。

膨胀性：粘度随剪切速率的增大而增大的性质。

触变性：凝胶结构的形成和破坏的能力。

剪切稀化：粘度随剪切速率的增大而下降的性质。

剪切稠化：粘度随剪切速率的增大而增大的性质。

Bingham塑性：一种线性弹性体，发生的形变γ服从胡克定律。

粘弹性体：材料既有粘性，即应变随时间发展；又具有弹性，即应力除去后应变逐渐减小。

粘弹性固体：材料变形时没有发生粘性运动。

粘弹性液体：材料在蠕变时发生了粘性流动。

疲劳断裂：材料在一个应力水平低于其断裂强度的交变应力作用下，经多次循环作用而断裂。

蠕变断裂：材料在一个低于其断裂强度的恒定应力的长期作用下发生的断裂。

脆性断裂：材料不发生屈服，断裂前只发生很小的变形，断裂后变形消失。

韧性断裂：超过屈服后发生断裂的现象。

应力软化：超过屈服应力后应力略有下降。

强迫高弹性：由于受外力作用，链段被迫运动产生较大的形变。

冷拉伸：在室温至Tg附近的拉伸。

时温等效：延长松弛时间与升高温度对材料的应力松弛有相同的作用。

熵弹性：理想高弹体的弹性。

能弹性：线弹性材料的弹性主要是内能的改变产生的，而它的模量比橡胶弹性体高3-4个数量级，所以称为能弹性。

简答采用蠕变恢复试验测量粘弹性液体的粘度的原理是什么？答：有些高聚物在蠕变中的形变也是随时间发展的，而且不断发展，并趋向恒定的应变速率。

这种材料在应力除去后，只能部分恢复，留下永
久变形，即这种材料在蠕变时发生了粘性流动。

简述橡胶弹性的特点。

答：1.形变量大2.变形能完全恢复3.时间依赖性 4.小应变时符合线性弹性 5.变形是有热效应 6.弹性模量随温度上升而增大。

什么事爬杆现象？其产生的原因是什么？聚合反应过程中如果出现该现象应作如何应急处理并给出理由？
答：搅拌非牛顿流体时，沿旋转轴向上推的现象；剪切流动时，有弹性的非牛顿流体产生的法向应力超过离心力；降低搅拌速度，因为这样便使法向应力低于离心力，从而使其不沿着旋转轴向上推。

列举出你所知道的黏度测定的方法并说明各方法所运用的原理。

答：1.毛细管粘度计，采用挤出机来提供流动压力及流量，在根据其密度算出粘度；2.熔融指数仪，基于毛细管流动来测定聚合物熔体的流动性；3.旋转粘度计，利用旋转测得角速度ω和施加的扭转M,计算出粘度。

写出常见的三种测黏流动名称，分别列举出以三种流动为基础对应的黏度测定的方法。

答：1.Couette流动，旋转粘度计；2.锥板流动，旋转粘度计、锥板粘度计；3.扭转流动，旋转粘度计。

画出线性无定形聚合物典型的应力松弛约缩曲线，标出其中特征区域名称，并讨论分子量对松弛模量的影响。

答：图略
分子量的影响主要是在高弹区和粘流区，而在玻璃态和粘弹态的影响较小，除非分子量很低时。

随着分子量增大，橡胶坪台变窄，甚至完全消失。

分子量很低且在很低的温度时，模量急剧下降，而且不存在橡胶坪台。

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断裂过程可以将线性无定形聚合物分为哪几种类型？各有何特征？并就每种类型各举出一个聚合物实例。

答：1.硬而脆的材料，具有较高的弹性模量和较高的断裂抗拉强度，无定形聚苯乙烯；2.硬而强的材料，断裂能小，韧性小，屈服应力较高，弹性模量较高，硬聚氯乙烯；3.强而韧的材料，延伸率大，应变硬化，断裂强度高于屈服应力，模量高，断裂强度高，聚碳酸酯；
4.软而韧的材料，模量低但断裂延伸较大，断裂应力较低，软聚氯乙烯、低密度聚乙烯；
5.软而弱的材料，模量低，但有一定延伸，断裂强度低，未硫化的橡胶；
6.弱而脆的材料，发生脆性断裂，模量很低，热塑性酚醛树脂、环氧树脂。

波尔兹曼叠加原理推导求出一个两步应力史的应变史并分步骤作图表示。

答：
利用波尔兹曼加和性原理推导一段时间应力史作用下的应力史，并作出蠕变及蠕变回复曲线。

答：
试用唯象理论证明高弹性材料在小应变时符合线弹性规律。

答：唯象理论有两条假定：1.橡胶是不可压缩的，在未应变状态下各为同性；2.简单剪切形变的状态方程可由虎克定律描述。

高弹性材料在小应变时，其体积模量为10^3~10^4MPa数
量级，即KG，由v=(3K-2G)/(2(3K+G))得v（泊松比）=0.5，在拉伸时Δv/v=q-2δ=0。

因此可以说橡胶是不可压缩的，即高弹性材料在小应变时符合线性弹性规律。

试述扭矩式流变仪在塑料加工领域的应用。

答：
试辨析触变性及假塑性。

答：假塑性流体一经搅拌，其粘度就降低，在匀速搅拌时，粘度是定值，不会随搅拌时间延长而变化，停止搅拌其粘度立即恢复且流体所受搅拌越强烈即剪切速率越高，则粘度下降的幅度越大，触变性流体也有剪切释放特性，但与假塑性流体有重要差别，那就是它是有时间相关性，在剪切速率不变的特性下，触变性流体的粘度会随剪切时间的延长而降低，到某一极限值后才趋于恒定。

停止剪切以后，其粘度也不能像假塑性流体那样立即恢复，而要经一段时间逐步恢复。

作出假塑性非牛顿流体的双对数图（lgS-lgγ）；（2）如何求双对数图中任意一点的粘度值，并在图中标出；（3）证明（2）。

答：假塑性流体依据其应力应变速率的关系可以分为哪几个区？解释各区域的成因
答：1.第一牛顿区，在较低应变速率范围内，聚合物分子链虽受剪切速率的影响，分子链定向、伸展或解缠绕，但在布朗运动作用下，它仍有足够时间恢复为无序状态，因此它的粘度不随应变速率变化。

2.假塑区，从分子角度看，在该区内剪切作用已超过布朗运动的作用，分子链发生定向、伸展并发生缠绕的逐步解体，而且已不能恢复。

3.第二牛顿区，当应变速率达到一定值后，分子链的缠绕已完全解体，所以粘度不再下降。

证明：锥板流动中，锥板夹角α4度时，η=3Mα/2πΩR^2 答：。