高分子材料作业

高分子材料作业文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

高分子材料成型原理

平时作业(2)

(针对第四章、第五章教学内容)

一、单项选择题

1.对于切力变稀的纺丝流体, （c ）。

A. η

0 <η

a

<η

∞

B.η

a

<η

且η

a

<η

∞

C. η

∞<η

a

<η

D.η

a

>η

且η

a

>η

∞

2.熔体纺丝过程的取向主要是（ b ）的作用。

A.喷丝孔道中的剪切流动取向

B.纺丝线上的拉伸流动取向

C.纺丝线上的拉伸形变取向

D. B+C

3. 溶剂的扩散系数 D

S 和凝固剂的扩散系数 D

N

随凝固浴中溶剂

含量的增加而（ a ）。

A. 增大

B. 减小

C有极小值 D. 有极大值

4．拉伸过程中晶区取向因数fc与非晶区取向因素fa的大小通常为（ c ）。

A. fc>fa

B. fa>fc

C.开始时fc>fa，然后 fa>fc

D.开始时 fa>fc，然后fc>fa

二、简答题

1.简述聚合物流体切力变稀的原因。

2.简述在纺丝过程中减轻或避免漫流型细流的出现的措施。

三、讨论题

1.试述聚合物分子结构对聚合物流体剪切粘性的影响。

答：聚合物分子结构包括链结构、相对分子质量及相对分子质量分布。（1）链结构的影响

聚合物的链结构对流变性能有较大影响。聚合物分子链柔性越大，

缠结点越多，链的解缠和滑移越困难，聚合物流动时非牛顿性越强。聚合物分子链刚性增加，分子间作用力愈大，粘度对剪切速率的敏感性减小，但粘度对温度的敏感性增加，提高这类聚合物的加工温度可有效改善其流动性。聚合物分子中支链结构的存在对粘度也有很大的影响。

具有短支链的聚合物的粘度低于具有相同相对分子质量的直链聚合物的粘度；支链长度增加，粘度随之上升，支链长度增加到一定值，粘度急剧增高，且可能比直链聚合物大若干倍。在相对分子质量相同的条件下，支链越多，越短，流动时的空间位阻越小，粘度越低，越容易流动。较多的长支链可增加与临近分子的缠结几率，使流体流动阻力增加，粘度增大；长支链越多，粘度升高愈多，流动性愈差。长支链的存在也增大了聚合物粘度对剪切速率的敏感性。当零切粘度相同时，有长支链聚合物比无支链聚合物开始出现非牛顿流动的临界剪切速率要低，长支链对粘度的影响较复杂。链结构中含有大的侧基时，聚合物中自由体积增大，流体粘度对压力和温度敏感性增加。

（2）相对分子质量的影响

聚合物相对分子质量增大，不同链段偶然位移相互抵消的机会增多，因此分子链重心转移减慢，

要完成流动过程就需要更长的时间和更多的能量，所以聚合物的粘度随相对分子质量的增大而增

加。聚合物流体的的零切粘度0与相对分子质量的关系可以表示为：

当< 时，

=1~1.6

；当

>

，时

=2.5~5.0

，说明聚合物在临界相对分子

质量

以上，由于大分子链间发生缠结，其流体浓度将随相对分子质量的增加而急剧地增大。即

Lg

与

Lg

呈直线关系，且在临界相对分子质量

处有拐点。

（

3

）相对分子质量分布的影响在平均相对分子质量相同、相对分子质量分布不同是时，聚合物熔体的粘度随相对分子质量分布宽度而迅速下降，其流动行为表现出更多的非牛顿性。相对分子质量

分布窄的聚合物在较宽的剪切速率范围内流动时，表现出更多的牛顿特性，其熔体粘度对温度变化的敏感性要比相对分子质量分布宽的聚合物要大。相对分子质量分布宽的聚合物，对剪切敏感，即使在较低剪切速率或剪切应力下流动时，也比相对分子质量分布窄的聚合物更具有假塑性。

因为相对分子质量分布宽的聚合物中，有一些分子特别长，而另一些分子特别短，长的那部分分子在剪切速率增大时，形变较大，所以粘度下降较多。

2.试述根据拉伸应变速率不同而将整个熔体纺丝线分成的三个

区域中速度和轴向速度梯度分布的特征及其对初生纤维结构

的影响。

答：根据拉伸应变速率的不同，可将整个纺丝线分成三个区域

（可以作图）。

Ⅰ区（挤出胀大区）和Ⅱ区（形变区）交界处对应于直径膨化最大的地方，通常离喷丝板不超过10mm。在此区中，熔体在

进入孔口时所储存的弹性能，以及在孔

流区贮存的并来不及在孔道中松弛的那部分弹性能将在熔体流出孔口处发生回弹从而在细流上显现出体积膨化的现象。由

于体积膨化，故沿纺程减小，轴向速度梯度为负值，即，在

细流最大直径处，轴向速度梯度为零，即。在改变喷丝头拉

伸比的情况下，胀大比随的增大而下降，当拉伸比增至一定

值时，挤出胀大区可完全消失。熔纺的通常较大，故Ⅰ区通

常不存在。在形变细化区中，在张力作用下，细流逐渐被拉

长变细，故沿纺程x的变化常呈

S

形曲线，拐点把Ⅱ区划分为区Ⅱa和区Ⅱb：在区Ⅱa中，；在区Ⅱb中，

Ⅱ区的长度通常在50~150cm，具体随纺丝条件而定。结束点随纺丝速度增大而向前移动。

此区的长度本身就是一种非常重要的特性，

它既能决定纺丝装置的结构，又是鉴别纺丝线对外来干扰最敏感的区域。这一区中

出现极大值，一般为

10-50随纺丝速度、冷却条件和材料流变特性而异。如PET高速纺丝中，

的极大值可达1500以上。

Ⅱ区是熔体细流向初生纤维转化的重要过渡阶段，

是发生拉伸流动和形成纤维最初结构的区域，因此是纺丝成形

过程最重要的区域。在此区中熔体细流被迅速拉长而变细，速度迅速上升，速度梯度也增大。由于冷却作用，丝条温度降低，熔体粘度增加，致使大分子取向度增加，双折射上升；如卷绕速度很高，还可能发生分子的结晶。该区的终点即为固化点。

在Ⅲ区中，熔体细流已固化为初生纤维，不再有明显是流动发

生。纤维不再细化，

保持不变，纤维的初生结构在此继续形成。此区的结晶发生在取向状态，这取向状态影响结晶的动力学和形态学。在高速纺丝时，