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 围，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。

（2）恒定外力下，受热收缩。分子链被伸长后倾向于收缩卷曲，加热有利于分子运动，从而利于收缩。其弹性主要是由熵变引起的，Tds fdl =-中，f ＝定值，所以，0dl T ds f =-< 即收缩，而且随T 增加，收缩增加。

7、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？

解：橡胶在力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。

9. 今有B-S-B 型、S-B-S 型及S-I-S 型、I-S-I 型四种嵌段共聚物, 其中哪些可作热塑性橡胶，为什么? (B 代表丁二烯，I 代表异戊二烯)

答：只有S-B-S 和S-I-S 两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶，其余两种不行。因为S-B-S 和S-I-S 的软段在中间，软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于用化学键交联的橡胶，形成了对弹性有贡献的有效链——网链。而B-S-B 和I-S-I 软段在两端，硬段在中间。软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的端链，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以，这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。

10. 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131.8-⋅=∆mol

kJ E ηC

T T g g 100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηs Pa g T ⋅=∴1210ηRT E e /0ηηη∆=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=⨯⨯⨯⨯=ηηs Pa ⋅=⨯=∴1.48226.05)473(η

高。这两个事实有矛盾吗？为什么？

量越高。这两个事实不矛盾。

原因：1) c M RT

E ρ3=,T 升高，高分子热运动加剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回缩力更大，

故高弹平衡模量越高；

2) 实际形变为非理想弹性形变，形变的发展需要

一定的松弛时间，这个松弛过程在高温时比较快，而低温时较慢，松弛时间较长，如图。按常识观察到的

温度越高，橡皮越软就发生在非平衡态，即t

11. 为什么说实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体中又带弹性？列举它们的具体表现。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小制品中的弹性成分？

答：实际橡胶弹性中带粘性的原因：外力作用下分子链的质心发生位移，需克服摩擦力，是不可逆形变。表现形式：蠕变、应力松弛、滞后与耗。减少橡胶的粘性：减少分子链质心位移，如引入刚性成分，适度交联等。

高聚物粘性熔体带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的协同运动实现的，外力去除后，通过链段的运动不可避免的要恢复一部分，表现出弹性。高聚物粘性熔体带弹性的表现：法向应力效应、 挤出物胀大、不稳定流动等。减小成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；降低分子量，减小分子量分布；增加毛细管直径，增加口模长径比；将出口设计为流线形等。

12. 为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好？ 说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。

答：双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x ,y 方向上的模量、强度提高，韧性也提高，而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。（2分）

解释原因：

1) 取向后，高分子链沿取向方向排列，原子间以化学键结合为主，而未取向方向上原子

间以德华力为主；

2) 材料在拉伸取向的过程中，能通过链段运动，使局部高应力区发生应力松弛，使材料的应力分布均化，这也是取向后强

度提高的原因之一。(可不答)

3) 取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此，当材料的断裂强度随取向程度提高时，材料的脆化温度下降(如

图). 未拉伸普通有机玻璃的b T 在室温附近，而双轴拉伸定向

有机玻璃的b T 低于室温。拉伸度足够高时，b T 可下降到

-40℃。因此，在常温下，双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区，不仅强度比普通有机玻璃的高，而且韧性也好得多。

13. 如果把高分子材料在熔点或玻璃化以下进行退火处理，其蠕变速度有何变化? 为什么?

14. 聚合物在玻璃化转变区域出现一个耗峰,为什么?

15. 何谓高弹形变和强迫高弹形变? 有何异同？出现强迫高弹形变的条件是什么？

16. 能否说“温度愈高，蠕变速率和应力松弛速率愈快”？

17. 高聚物的应力松驰现象，就是随着时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。该说确否？ b2b3b1σ