聚合物流变学复习题参考答案 (2)

?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。

?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：

?高分子的流动是通过链段的协同运动来完成的；

?高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律。

5、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。

答：（一）随着温度的升高，聚合物分子键的相互作用力减弱，粘度下降。但是各种聚合物熔体对温度的敏感性不同。聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降。（二）柔性高分子如PE、POM等，它们的流动活化能较小，表观粘度随温度变化不大，温度升高100℃，表观粘度也下降不了一个数量级，故在加工中调节流动性时，单靠改变温度是不行的，需要改变剪切速率。否则，温度提得过高会造成聚合物降解，从而降低制品的质量。

6、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。

?分子链越柔顺，粘流温度越低；而分子链越刚性，粘流温度越高。

?高分子的极性大，则粘流温度高，分子间作用越大，则粘流温度高。

?分子量分布越宽，粘流温度越低。

?.相对分子质量愈大，位移运动愈不易进行，粘流温度就要提高。

?外力增大提高链段沿外力方向向前跃迁的几率，使分子链的重心有效地发生位移，因此有外力对粘流温度的影响，对于选择成型压力是很有意义的。

?延长外力作用的时间也有助于高分子链产生粘性流动，增加外力作用的时间就相当于降低粘流温度。

7、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，高弹平衡模量越高。这两个事实有矛盾吗？为什么？

不矛盾。

原因：1.温度升高，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是松弛时间，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

8、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。

第一牛顿区：低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为η0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。

幂律区（假塑区）：剪切速率升高到一定值, 发生构象变化，解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度ηa随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。为熔体成型区。

第二牛顿区：剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定（达最低值）, 称牛顿极限粘度η∞, 又类似牛顿流体行为。

9、为什么实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体又带弹性？列举它们的具体表现形式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分？

实际橡胶弹性中带粘性的原因：构象改变时需要克服摩擦力。

高聚物粘性熔体又带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的，链段的运动会带来构象的变化。

它们的具体表现形式：橡胶拉伸断裂后有永久残余应变；橡胶快速拉伸会放热；挤出胀大等。

减少橡胶的粘性：适度交联。

大挤出成型中减少成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；增加口模长径比；降低分子量，特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。

10.熔融指数与相对分子质量有什么关系，简述之。

解：高聚物相对分子质量大小对其黏性流动影响极大。相对分子质量增加，使分子间的作用力增大，显然会增加它的黏度，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。

11、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。

聚合物熔体和溶液的普适流动曲线将流体流动分为三个区域，第一牛顿区，假塑性区和第二牛顿区。从该曲线可以看出各区内剪切粘度与剪切速率的关系。

第一牛顿区：低剪切速率时, 缠结与解缠结速率处于一个动态平衡, 表观粘度保持恒定, 定为η0, 称零切粘度, 类似牛顿流体。

剪切速率升高到一定值, 发生构象变化，解缠结速度快, 再缠结速度慢, 流体表观粘度a随剪切速率增加而减小, 即剪切稀化, 呈假塑性行为。为熔体成型区。

剪切速率很高时, 缠结全部破坏, 再缠结困难, 缠结点几乎不存在, 表观粘度再次维持恒定（达最低值）, 称牛顿极限粘度η∞, , 又类似牛顿流体行为。

8、根据时温等效原理，当温度从高温向低温变化时，其移动因子aT___大于___1。

9、对于相同分子量，不同分子量分布的聚合物流体，在低剪切速率下，分子量分布___

宽的粘度高，在高剪切速率下，分子量分布____窄____的粘度高。

10、橡胶弹性的本质是____熵弹性，具有橡胶弹性的条件是___长链___、____柔性____

与______交联_____。橡胶在绝热拉伸过程中____放______热，橡胶的模量随温度的升高而___增大_____。

11、松弛时间τ的物理意义是____松弛过程完成63.2%所需要的时间，τ值越小，表明材

料的弹性越_____小___。

12、在交变应力（变）的作用下，应变_____滞后于应力一个相角δ的现象称为滞后，

δ的范围在____0~π/2____，δ的值越小，表明材料的弹性越___好___。

13、假塑性流体的粘度随应变速率的增大而____减小, ___，用幂律方程表

示时，n______小于____1。

14、聚合物熔体的弹性响应包括有___熔体的可回复形变, __包轴效应____，_____

不稳定流动_____、无管虹吸效应与____挤出胀大效应_____等。

15、刚性表示材料抵抗变形的能力，它的大小用弹性模量来衡量，也即应力应变图

中直线的斜率。斜率越大，模量越高，刚性越大，俗称越硬。

16、橡胶弹性与气体的弹性类似，弹性的本质是熵弹性，具有橡胶弹性的条

件是长链、足够柔性与交联。橡胶在绝热拉伸过程中放热，橡胶的模量随温度的升高而升高。

17、聚合物流体一般属于假塑性流体，粘度随着剪切速率的增大而减小，用幂

律方程表示时，则n 小于1（大于、小于、等于）。

18、通常假塑型流体的表观粘度小于（大于、小于、等于）其真实粘度。

19、聚合物相对分子质量越大，则熔体粘度越大；对相同相对分子质量的聚合物而言，

相对分子质量分布越宽，则熔体的零切粘度越大。

20、聚合物熔体的弹性响应包括有可回复的切形变，法向应力效应与挤出物胀

大。

21、聚合物静态粘弹性现象主要表现在蠕变和应力松弛。

22、理想弹性体的应力取决于应变，理想粘性体的应力取决于应变速度。

23、粘弹性材料在交变应变作用下，应变会落后应力一个相角δ，且δ在0~π/2 范围

之内，δ的值越小，表明材料的弹性越好。

24、在交变应变的作用下，材料的储能模量与应变同相，损耗模量与应变的相差为

π/2 。

25、Maxwell模型是一个粘壶和一个弹簧串联而成，适用于模拟线性聚合物的

应力松弛过程；V oigt模型是一个粘壶和一个弹簧并联而成，适用于模拟交联聚合物的蠕变过程。

26、松弛时间为松弛过程完成63.2% (或1- 1/e) 所需的时间，温度越高，高分子链运动的

松弛时间越短。

27、松弛时间τ的物理意义是松弛过程完成63.2% 所需要的时间，τ值越小，表明材

料的弹性越差。