(完整版)流变学复习

名词解释?流变学：研究材料流动及变形规律的科学。

?假塑性流体：指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。

?韦森堡效应&爬杆现象&包轴现象：当圆棒插入容器中的高分子液体中旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。

?巴拉斯效应&挤出胀大&弹性记忆效应：指高分子被强迫挤出口模时，挤出物尺寸要大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。

?法向应力效应：聚合物材料在口模流动中，由于自身的黏弹特性，大分子链的剪切或拉伸取向导致其力学性能的各向异性，产生法向应力效应。

?松弛时间：是指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。

?表观粘度：非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。

?*入口校正：对于粘弹性流体，当从料筒进入毛细管时，由于存在一个很大的入口压力损失，因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。

?本构方程：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。

?*粘流活化能：E定义为每摩尔运动单元所需要的能量，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。

?*第二光滑挤出区：当剪切速率继续增大时，熔体在模壁附近会出现“全滑动”，这时会得到表面光滑的挤出物，这一区域称为第二光滑挤出区。

?*第一法向应力差：沿流动（受力）向的应力与垂直于流向（法向）的应力之差。

?*触变性流体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递减的流体。

?*震凝性流体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递增的流体。

?*平衡转矩：胶料混炼时，转矩随物料的不断均化最终达到的平衡值。

?拉伸粘度：拉伸应力与拉伸应变速率之比，表示流体对拉伸流动的阻力。

?*宾汉流体: 与牛顿型流体的流动曲线均为直线，但它不通过原点，只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动。

牙膏、油漆是典型的宾汉流体。

?*胀塑性流体:剪切速率很低时，流动行为与牛顿型流体基本相同，剪切速率超过某一临界后，随剪切速率增大，流动曲线弯向切应力坐标轴，剪切黏度增大，呈现“剪切变稠”的流体。

?*拉伸流动：指物料运动的速度方向在速度梯度方向平行。

?熔体破裂（破碎）现象：高分子熔体从口模挤出时，当挤出速度过高，超过某一临界剪切速率时，容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙，随挤出速度的增大，可能分别出现波浪形，鲨鱼皮形，竹节形，螺旋形畸变，最后导致完全无规则的挤出物断裂，称为熔体破裂现象。

?*拖曳流：指对流体不加压力而靠边界运动产生力场，由粘性作用使流体随边界流动，称Couette（库爱特）流动。

?*压力流：指物料在管中流动,是由于管道两端存在压力差,而边界固定不动，称Poiseuille（泊肃叶）流动。

?*出口压力降：指粘弹性流体在毛细管入口区的弹性形变在经过毛细管后尚未全部松弛，至出口处仍残存部分内压力，则将表现为出口压力降。

?*临界切应力&临界切变速率：一般随剪切速率增大，至一临界值就产生破裂，而且越来越严重，这个开始产生破裂的速率或应力。

?零切粘度：就是当剪切速率趋于零时，粘度趋于常数，称零切粘度。

?切力变稀：流体的表观粘度随剪切速率的增大而减小。

?拉伸共振：拉伸共振是指在熔体纺丝或平膜挤出成型过程中，当拉伸比超过某一临界拉伸比时，熔体丝条直径发生准周期性变化。

?时温等效原理：外力的作用时间和温度这两个因素对形变有着等效的影响，即不同的时间温度组合可以达到同一形变量。

?极限粘度：在高剪切速率范围内，这种不依赖于剪切速率的粘度称为极限黏度。

?稳态拉伸流动：在拉伸应力的作用下，以恒定的拉伸速率，聚合物熔体和溶液所发生的流动。

问题（选择，填空）：1.高分子流变学的分类？聚合物结构流变学、聚合物加工流变学、流变测量学。

2.应力张量的分解以及各个分力作用的结果？各项同性引力作用作用于各项同性材料单元后，只改变体积，不改变材料单元的形状。

各向异性法向应力作用于各项同性材料单元后，不改变体积和角度，只该改变形状。

各向异性剪切应力作用于各项同性材料单元后，不改变体积，只改变形状和角度。

3.与时间无依赖关系的非牛顿流体有哪些？宾汉体、假塑性流体、膨胀性流体。

4.影响聚合物熔体流变性的因素？聚合物的性质（聚合物的结构，分子量和分子量分布）、温度、剪切应力、剪切速率、压力、填料、增塑剂、溶剂。

5.聚合物熔体流动中，弹性表现的现象？挤出胀大现象，熔体破裂，出口压力降。

6.用毛细管流变仪测定流动曲线时，需要做哪些校正，什么目的？Rabinowich-Mooney修正（非牛顿修正）、Bagley修正（入口修正）非牛顿修正使聚合物可以根据R-M公式计算剪切速率。

入口修正使从测量的?P可以准确求出完全发展流动区的压力梯度。

7.AFE方程和WLF方程的使用有什么不同？对于牛顿流体和聚合物流体而言，当温度远高于玻璃化温度或熔点时，粘度与温度的关系服从AFE方程。

当温度的范围在Tg~Tg+100℃内，即在靠近Tg的区域内，聚合物的粘度可以用WLF方程表示。

8.影响可纺性的因素？物料的表观拉伸粘度、平均分子量、分子量分布、分子结构。

9.挤出机的均化段，流动有哪些流动组成？（略）10.两相聚合物包括哪两类？两相聚合物共混后流变行为？单相连续结构：即一相为连续相，又称海相；一相为分散相，又称岛相，两相形成海－岛结构；两相均为连续相：形成交错性网状结构，或称两相互锁。

一般具有海-岛形状结构的共混体系有粘度减小，弹性增大的性质变化，共混体系的粘度可能比任何一相组分粘度都低。

两相互锁结构的共混体有粘度增大，弹性减小的性质变化。

11.聚合物熔体中的分子缠结？分子缠结是相邻链间的暂时结合，是分子尺寸和数量的函数。

12.假塑性宽剪切速率范围内流体流动规律？流动可分为三个区域，第一牛顿区（低剪切速率）、非牛顿区（中度剪切速率）、第二牛顿区（高剪切速率）。

13.压力-温度对粘度影响的等效性？一种聚合物在正常加工温度范围内，增加压力对粘度的影响和降低温度对粘度的影响具有相似性，在加工过程中改变压力或温度，都能获得同样的粘度变化作用。

14.拉伸粘度与剪切粘度关系？对于牛顿流体，拉伸粘度是剪切粘度的三倍。

对于聚合物流体，两者之间不存在倍数关系，但是拉伸粘度总是比剪切粘度高。

15.聚合物流体不稳定流动的典型表现？熔体破裂现象、拉伸共振现象、加工过程中物料断裂。

简答题?1、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。

聚合物的剪切粘度随温度的升高而下降，在通常的剪切速率范围内，聚合物的剪切粘度也是随剪切速率的增大而降低的。

只有在极低（接近于零）及极高（趋于无穷大）的剪切速率下，聚合物的粘度才不随剪切速率的变化而变化。

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是不同的：柔性的高分子链在剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明显下降。

而刚性高分子则下降得很不明显。

刚性高分子的粘流活化能大，其剪切粘度对温度极为敏感，随着温度的升高，剪切粘度明显下降，而柔性高分子的粘流活化能小，其剪切粘度随温度的变化较小。

?2、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并说明区域名称及对应的粘度名称，解释区域内现象的产生原因。

第一流动区（第一牛顿区），是在低剪切速率范围内流动时表现为牛顿流动的区域。

对应的粘度为零剪切粘度，流体具有恒定的粘度，对此有两种解释。

一种看法认为：在低剪切速率下，聚合物流体的结构状态并未因流动而明显变化，流动过程中大分子的构象分布，各种长度不同的大分子的分布以及大分子束与静态时的体系形同，长链分子的缠结和存在于分子间的范德华力使流体中大分子间形成了相当稳定的结合，即次价键，从而使粘度保持为一常数。

另一种看法认为：在低剪切速率时，虽然大分子的构象和双重运动有足够的时间使应变适应应力的作用，但由于流体中大分子的热运动十分强烈，从而削弱了大分子应变对应力的依赖性，使粘度不变。

第二流动区（假塑性区），是假塑性流体表现为非牛顿型流动的区域。

对应粘度为结构粘度。

主要现象有“切力变稀”与“切力变稠”。

切力变稀：当剪切速率增大时，大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移，流体结构出现了明显的改变，高弹性变相对减少，分子间作用力减弱，因而流动阻力减小，流体粘度随剪切速率的增加而逐渐降低。

切力变稠：当悬浮液处于静止状态时，流体中的固体粒子处于堆砌的很紧密的状态，粒子之间孔隙很小并充满了液体，在剪切作用不大时，固体粒子在液体的润滑作用下会产生相对滑移。

但是当剪切作用增大时，粒子处于较快的移动速度下，粒子之间的碰撞机会增多，流动阻力增大，悬浮液体系的总体积增加，原来能充满孔隙的液体已不在充满，粒子移动时的润滑作用减小。

第三流动区（第二牛顿区），也是牛顿流动区，对应的粘度为极限黏度，流体的粘度保持常数，对此也有两种解释。

一种看法认为：当剪切速率很高时，聚合物中网络结构的破坏和高弹性变已经达到极限，流体的粘度已经下降到最低值，当流动达到稳定状态时，粘度也下降到最低值。

另一种看法认为：当剪切速率很高时，流体中大分子构象和双重运动的应变来不及适应剪切应力和剪切速率的改变，致使流体的流动性为表现出牛顿型流动的特征。

?3、简述聚合物熔体和溶液的普适流动曲线，说明η0和η∞的含义并以分子链缠结的观点给以解释。

i.第一牛顿区:剪切速率低,曲线斜率n=1，lgK=lgη0，符合牛顿流动定律。

该区的粘度为零切粘度η0，可从这一段直线外推到与lgγ=0的直线相交处求得。

由于大分子处于高度缠结的拟网状结构，流动阻力很大。

当流速很小时，体系所受的剪切应力或剪切速率很小，分子链构象变化得也很慢，而且分子链运动有足够的时间进行松弛，使解缠结速度与缠结速度相等，故粘度保持恒定的最高值。

ii.假塑性区：流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa =τ/γ。

从曲线上任一点引斜率为1的直线（前图中倾斜的虚线即是）与lgγ=0的直线相交点，得到的就是曲线上那一点对应的剪切速率下的表观粘度。

iii.第二牛顿区：流动曲线的斜率n=1，符合牛顿流动定律。

在高剪切速率区，由于强剪切，缠结全部破坏，来不及形成新的缠结，取向也达到极限状态，大分子的相对运动变得很容易，粘度达恒定的最低值，称极限剪切粘度η∞。

?4、分别画出牛顿流体、理想弹性体、线形聚合物的蠕变曲线及回复曲线。

?5、为什么高聚物的流动活化能与相对分子质量无关？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。

形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动。