第9章 聚合物的流变性

第9章聚合物的流变性

1.什么是假塑性流体？绝大多数聚合物熔体和浓溶液在通常条件下为什么均呈现假塑性流体的性质？试用缠结理论加以解释。

答：（1）流动指数n<1的流体称为假塑性流体；

（2）略

2.聚合物的粘性流动有何特点？为什么？

3.为什么聚合物的粘流活化能与分子量无关？

答：根据自由体积理论，高分子的流动不是简单的整个分子的迁移，而是通过链段的相继跃迁来实现的。形象的说，这种流动的类似于蚯蚓的蠕动。因而其流动

活化能与分子的长短无关。,由实验结果可知当碳链不长

时，随碳数的增加而增加，但当碳数大于30时，不再增大，因此聚合物超过一定数值后，与相对分子质量无关。

4.讨论聚合物的分子量和分子量分布对熔体粘度和流变性的影响。

答：低切变速率下，当时，略依赖于聚合物化学结构和温度，当

时，与聚合物化学结构，分子量分布及温度无关；增大切变速率，链

缠结结构破坏程度增加，分子量对体系粘度影响减小。

聚合物熔体非牛顿流动时的切变速率随分子量加大向低切变速率移动，剪切引起的粘度下降，分子量低的试样也比分子量高的试样小一些。分子量相同时分子量分布宽的聚合物熔体出现非牛顿流动的切变速率比分布窄的要低的多。

5.从结构观点分析温度、切变速率对聚合物熔体粘度的影响规律，举例说明这一规律在成型加工中的应用。

答：a.温度升高，粘度下降，在较高温度的情况下，聚合物熔体内自由体积相当大，流动粘度的大小主要取决于高分子链本身的结构，即链段跃迁运动的能力，一般分子链越刚硬，或分子间作用力越大，则流动活化能越高，这类聚合物是温敏性的；当温度处于一定范围即Tg

b．柔性链高分子表观粘度随切变速率增加而明显下降，刚性链高分子表观粘度也随且变速率增加而下降，但降幅较小，因为切变速率增加，柔性链易改变构象，即通过链段运动破坏原有缠结，降低流动阻力，刚性链链段较长，构象改变较困难，随切变阻力增加，阻力变化不大。

6.解释下列名词、概念：

（1）牛顿流体和非牛顿流体；

牛顿流体：流动行为符合牛顿流动定律的流体；

非牛顿流体：流动行为不符合牛顿流动定律的流体。

（2）切粘度和拉伸粘度；

切粘度：等于单位速度梯度时单位面积上所受到的切应力，其值放映了液体分子间由于相互作用而产生的流动阻力即内摩擦力的大小，单位为帕秒（Pa s）。拉伸粘度：等于单位速度梯度时单位面积上所受到的拉伸应力。

（3）真实粘度和表观粘度；

真实粘度：单位速度梯度时单位面积上所受到的切应力。

表观粘度：在粘性流动中，流体具有剪切速率依赖性时的剪切应力与剪切速率之比值。

（4）非牛顿指数和稠度系数；

非牛顿指数：n=，对切变速率非牛顿的校正。

稠度系数：描述非牛顿流体流动行为可用下述幂律方程：，其中K为稠

度系数。

（5）不稳定流动与熔体破裂。

不稳定流动与熔体破裂：聚合物熔体在挤出时，如果切应力超过一极限值时，熔体往往会出现不稳定流动，挤出物外表不再是光滑的，最后导致不规则的挤出物断裂，称为熔体破裂。

7.为什么涤纶采用熔融纺丝方法，而腈纶却用湿法纺丝？

答：由于聚丙烯腈的熔点很高（318℃），分解温度（220℃）低于熔点，所以不能用熔融纺丝。由于聚对苯二甲酸乙二酯的熔点为260~270℃，低于分解温度（约为350℃），可用熔融纺丝。

8.某一聚苯乙烯试样，已知160℃时粘度为1e3Pa·s,试估算Tg(100℃)时及120℃时的粘度。

答：Tg(100℃)时为?Pa·s，120℃时为?Pa·s。

9.一种聚合物在加工中劣化，其重均分子量从1e6下降到8e5.问加工前后的熔融粘度之比是多少？

答：2.14

10.用毛细管流变仪挤出顺丁橡胶试样，不同柱塞速度ν条件下，得到载荷下的数值如下：

V(mm/min) 0.6 2 6 20 60 200

F(mm/min) 2067.8 3332 4606 5831 6918.8 7781.2

已知柱塞直径dp=0.9525cm,毛细管直径D=0.127cm,毛细管长径比L/D=4,忽略入口校正，试作出熔体的τw-曲线和ηa-曲线。

答：略。