聚合物流变学习题参考答案

1 聚合物流变学复习题参考答案

一、名词解释（任选 5 小题，每小题 2 分，共 10 分）：

1、蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。

应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。

或应力松弛：在一定温度下，固定应变，观察应力随时间衰减的现象.

2.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。

2、时－温等效原理：升高温度和延长时间对分子运动及高聚物的粘弹行为是等效的，可用一个转换因子αT将某一温度下测定的力学数据变成另一温度下的力学数据。

3、熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。

挤出胀大：对粘弹性聚合物熔体流出管口时，液流直径增

大膨胀的现象。

4、.熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。

5、非牛顿流体：凡不服从牛顿粘性定律的流体。

牛顿流体：服从牛顿粘性定律的流体。

6、假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。

膨胀性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。

7、粘流活化能：在流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。

8、极限粘度η∞：假塑性流体在第二牛顿区所对应的粘度（即在切变速率很高时对应的粘度）。

10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道

中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。

或拉伸流动：质点速度仅沿流动方向发生变化的流动。

剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。

12、粘流态：是指高分子材料处于流动温度（T f）和分解温度（T d）之间的一种凝聚态。

13、宾汉流体：在流动前存在一个剪切屈服应力σy。只有当外界施加的应力超过屈服应力才开始流动的流体。

14、稳定流动：流动状态不随时间而变化的流动。

25、零切黏度——剪切速率趋向于零时的熔体黏度，即流动曲线的初始斜率。

27、非牛顿性指数：幂律公式σ=K γn 中的 n 是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，称为非牛顿指数。

28、粘弹性：外力作用下，高聚物材料的形变行为兼有液体粘性和固体弹性的双重特性，其力学性质随时间变化而呈现出不同的力学松弛现象的特性称为粘弹性。

29、表观粘度：与牛顿粘度定义相类比，将非牛顿流体的粘度定义为剪切应力与剪切速率之比，其值称为表观粘度，即η=σ(γ) /γ。

二、简答题（可任选答8题，每题5分，共40分）：

第一章绪论

1、简述聚合物流变行为的特征是什么？

聚合物流变行为的多样性和多元性、聚合物形态对温度和时间的依赖性，是两个表现特性。聚合物分子结构构象的复杂性是这些特性表现的根本原因。

2、何为粘弹性？为什么聚合物具有明显的粘弹性？举例介绍塑料制品应用和塑料加工中的粘弹性现象？

答案 1 力学性质随时间变化的现象称为力学松弛现象或

现象，现象主要包括蠕变、应力松弛两类静态力学行为和滞后、内耗两类动态力学行为

答案 2 力学行为在通常情况下总是或多或少表现为弹性与粘性相结合的特性，而且弹性与粘性的贡献随外力作用的时间而异，这种特性称之为粘弹性。粘弹性的本质是由于聚合物分子运动具有松弛特性。例如塑料雨衣挂在钉子上，由于自身重量作用会慢慢伸长，取下后不能完全恢复。橡胶松紧带开始使用时感觉比较紧，用过一段时间后越来越松。

第二章基本物理量和线性粘性流动

1、简述线性弹性变形的特点。

❖1、变形小

❖在线性弹性变形中，只涉及聚合物分子中化学键的拉伸、键角变化和键的旋转。因此，其变形量很小，变形时不涉及链段的运动或整个分子链的位移。

❖2、变形无时间依赖性

❖3、变形在外力移除后完全回复

❖变形能完全回复，且也是瞬时完成的，无时间依赖性。

❖4、无能量损失

❖外力在变形时转化成材料的内能贮存起来。外力释放后，内能释放使材料完全回复。在整个变形和回复过程中无能量损失。因此，线性弹性也称为能弹性。

❖5、应力与应变成线性关系：σ=Eε

2、聚合物的粘性流动有何特点?为什么？

与低分子物相比，聚合物的粘性流动（流变行为，主要是指聚合物熔体，而不包括聚合物溶液）具有如下特征：

1聚合物熔体流动时，外力作用发生粘性流动，同时表现出可逆的弹性形变。

2聚合物的流动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赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。

4绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的，如挤出，注射，吹塑等。

5弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。

之所以出现以上的特点，主要原因有：1.高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的

第三章熔体流动和弹性

1、列举改善下列高分子材料力学性能的主要途径：

1）提高结构材料的抗蠕变性能；

① 材料在其 Tg 以下使用

② 使大分子产生交联

③ 主链引入芳杂环或极性基团

2）减小橡胶材料的滞后损失；

提高硫化胶的交联密度,则减小滞后损失,胶料中炭黑用量与滞后损失成正比。与橡胶相容性好的增塑剂有利于降低滞后损失。这些效果成为轮胎胶料配方的选择原则。

3）提高材料的拉伸强度；

①在主链上加入芳环，主链有芳环，其强度和模量都提高

②交联增加了分子链间的联系，使分子链不易滑移，拉伸强度提高

③取向使分子链平行排列，断裂时破坏主链化学键的比例大大增加，从而强度大为提高，因而拉伸取向是提高聚合物强度的主要途径。

4.添加增强剂。增强剂主要是碳纤维，玻璃纤维等纤维状的物质

4）提高材料的冲击强度。

自由体积越大，冲击强度越高。结晶时体积收缩，自由体积