聚合物流变学基础知识

聚合物流变学基础知识

1.与低分子物相比，聚合物的黏性流淌有何特点？

答：绝大多数低分子物具有牛顿流体的性质，即其粘性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。比如水、甘油等。高分子稀溶液也是。而大部分聚合物熔体属于非牛顿流体中的假塑性流体，随剪切力增加而变稀。

与低分子物相比，聚合物的粘性流淌〔流变行为，要紧是指聚合物熔体，而不包括聚合物溶液〕具有如下特点：

〔1〕聚合物熔体流淌时，外力作用发生粘性流淌，同时表现出可逆的弹性形变。

〔2〕聚合物的流淌并不是高分子链之间的简单滑移，而是运动单元依次跃迁的结果。〔3〕它的流变行为强烈地依靠于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时刻、作用力的性质和大小等外界条件的阻碍。

〔4〕绝大数高分子成型加工差不多上粘流态下加工的，如挤出，注射，吹塑等。

〔5〕弹性形变及其后的松驰阻碍制品的外观，尺寸稳固性。

2.什么是牛顿型流体和非牛顿型流体？使用流变方程和流淌曲线说明非牛顿型

流体的类型。

答：牛顿粘性定律：某些液体流淌时切应力τ与切变率D之比为液体的粘度。遵循牛顿粘性定律的液体称为牛顿流体,凡是流体运动时其切变率D与切应力τ不成线性关系的流体称为非牛顿流体。

η=K(dvx/dy)n= Kγn-1式中，K为稠度系数，N•S〞／m ；为流体特性指数，无因次，表示与牛顿流体偏离的程度。由方程式可见：

①当n=1时，η=K，即K 具有粘度的因次．现在流体为牛顿流体；

②当η<1时，为假塑性或剪切变稀流体；

③当η>l时，为膨胀塑性或剪切增稠流体；

④当剪切应力高于流淌前的剪切屈服应力的流体叫宾哈流体

3.何为表观黏度？试述大部分聚合物熔体为假塑性流体的理由。

答：表观黏度为非牛顿流体剪切应力，即剪切速率曲线上的任一点所对应的剪切应力除以剪切速率。

因为大部分的聚合物是热塑性塑料而热塑性塑料的剪切速率在10-104S-1。流淌曲线是非线性的，剪切速率的增加比剪切应力增加的快，同时不存在屈服应力，流体特点是黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低。

4.在宽广的剪切速率范畴内，聚合物流体的剪切应力与剪切速率之间的关系会

显现如何样的变化？

答：当塑料熔体按上述情形在等截面圆管内流淌时,它所受剪切应力和真正剪切速率之间应存在如式所示的关系.

规定圆管的半径为R,管长为L,因此在任意半径r处所受剪切应力即为:

式中P代表圆管两端的压力降.从一样液体在导管内流淌的情形知,在管壁处的流淌速度为零.即Vr=R=0,只是聚合物熔体流淌时并不为零.由于它产生的效应不大,因此依旧认为它是零.将上述两式合并求其积分,得液体在任意半径处的流速Vr为:

5.简述聚合物的相对分子质量与其熔体黏性的关系。

答：高聚物相对分子质量大小对其黏性流淌阻碍极大。相对分子质量增加,使分子间的作用力增大，非牛顿型流淌行为越强。明显会增加它的黏度,从而熔融指数(MI)就小。而且相对分子质量的缓慢增大，将导致表观黏度的急剧增加和MI的迅速下降。

6.试述温度对聚合物熔体黏性的阻碍。

答：关于聚合物熔体，温度是阻碍活化能的。活化能是分子链流淌时用于克服分子间作用力，以便更换位置所需要的能量，即没摩尔运动单元流淌时所需要的能量。故活化能越大，黏度对温度越为敏锐，温度升高时，其年度下降越明显。

7.聚合物熔体在剪切流淌过程中有那些弹性表现形式？在成形过程中能够采取

那些措施来减少弹性表现对制品质量的不良阻碍？

答：有入口效应离模膨胀熔体破裂

措施：稳固压力降，提高温度，减少剪切应力，增加温度下的流淌时刻，均化塑料结构，降低其流淌的非牛顿性。

8.聚合物熔体的离模膨胀产生的缘故是什么？分析阻碍因素。在生产工艺和机

械设计上采取那些措施以确保挤出物尺寸的稳固性？

答：一样在挤出过程中,处于熔体状态的高分子链经取向和拉伸作用,分子处于应力状态.然而离开口模后,分子应力开释,分子链径向回缩,与流淌方向垂直的方向〝变胖〞,也确实是所谓的离模膨胀。

阻碍因素:①当口模的长径比一定时，膨胀比B随剪切速率增加而增大。

②在低于临界剪切速率的一定剪切速率下，离模膨胀比B随温度升高而降低。

③在低于发生熔体破裂的临界剪切速率下，离模膨胀比B随剪切应力的增加而增大。

④当剪切速率恒定时，离模膨胀比B随口模长径比L/D的增大而降低。

⑤离模膨胀随熔体在口模内停留时刻城指数关系减小。

⑥离模膨胀随聚合物的结构和品种不同而异。

⑦离模膨胀与口模的入口的几何结构无关。

9.何谓〝鲨鱼皮症〞试述其产生的机理。

答:鲨鱼皮症状的缘故注意是由于熔体流淌时在口模壁上滑移和口模对挤出物产生周期性拉伸作用。而且存在一个临界剪切速率，表观临界剪切速率口沫半径Ｒ的乘积是常数。这就意味着，口模径向尺寸越大，其临界速率较低些，易产生〝鲨鱼皮症〞。

10.简述熔体破裂的因素。试分析塑料熔体在注射冲模流淌工程中产生熔体破裂

的缘故及对制品质量的阻碍。在生产上应采取什么措施幸免显现熔体破裂现象？

答：〔１〕发生不稳固流淌现象所确定的临界剪切应力105Pa数量级，并随着温度的增加而约有增加。

〔２〕口模流道的收敛角对临界剪切速率的阻碍较大。

〔３〕临界剪切速率随口模长径比Ｌ／Ｄ的增加而增大。

〔４〕尽管口模工作表面的粗糙度对熔体破裂的发生并无阻碍，但却受到口模制造材料的阻碍。

〔５〕临界剪切应力依靠于重均相对分子质量，但与相对分子质量无关。

〔６〕临界剪切速率随相对分子质量的增加而降低。

缘故：〔１〕鲨鱼皮症状的弹性形变〔２〕熔体中弹性复原引起的

阻碍：在离开口模的弹性复原不同引起熔体爆裂

措施：依照熔体破裂因素采取相印方法，分析熔体的弹性等情形采纳有效的方法。

11.有那些因素阻碍拉伸黏度？如何阻碍？

答：〔１〕拉伸应力速率的阻碍。拉伸黏度随拉伸应变速率的增加而增加缘故是大分子链的取向伸直、平行排列的分子较无序排列的分子具有较强的抗拉伸性。

〔２〕聚合物的分子结构。有拉伸黏度随拉伸应力增大而增大的拉伸变硬和变小的拉伸变稀两个现象。

〔３〕双轴拉伸。在Ｘ和Ｙ轴拉伸形变不同。对牛顿流体，双轴拉伸的黏度是单轴的２倍。

12.综合论述聚合物的流变性质对其成型加工有何指导意义。

答；不可压缩；等温流淌；在流道壁上的速度为零；流体黏度不随时刻变化。

高分子的流淌通过链段的位移而完成。高分子流淌不是整个大分子链的迁移，而是通过链段相继跃迁而实现的。类似蚯蚓的蠕动。跃迁不需大的空穴，而有如链段大小的空穴即能够了，此外链段又称为流淌单元，尺寸约含有几十个主链碳原子。

度不随剪切应力和剪切速率大小而改变，始终为常数，为牛顿流体(Newtonian fluid)，包括了低分子溶液、高分子稀溶液。

不符合牛顿流体公式的流体，成为非牛顿流体。

其中，流变行为与时刻无关的流体包括：假塑性流体；胀塑性流体；宾汉流体。

低分子流淌，产生的形变，完全不可逆的；

高分子的流淌，形变：一部分不可逆的；

一部分是可逆的：高分子流淌不是高分子链段简单的滑移，而是链段分段运动的结果，在