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、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??：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）。

9、断裂韧性K1C：表征材料阻止裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏能力的韧性指标，

K1C??b?c?2E?s，其中，?b为脆性材料的拉伸强度；C为半裂纹长度；E为材料的弹性模量；?s 为单位表面的表面能。

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。 11、法向分量：作用力的方向与作用面垂直即称为应力的法向分量。 剪切分量：作用力的方向与作用面平行即称为应力的剪切分量。

12、粘流态：是指高分子材料处于流动温度（Tf）和分解温度（Td）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。

15、疲劳断裂：材料在一个应力水平低于其断裂强度的交变应力作用下，经多次循环作用而断裂。 16、蠕变断裂：材料在一个低于其断裂强度的恒定应力的长期作用下发生断裂，也叫做静态疲劳。 17、环境应力开裂：材料在腐蚀性环境（包括溶剂）和应力的共同作用下发生开裂。

18、磨损磨耗：一种材料在与另一种材料的摩擦过程中，其表面材料以小颗粒形式断裂下来。 19、疲劳:材料或构件在周期应力（交变载荷）的作用下断裂或失效的现象。

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20、疲劳强度：当试验应力降低到试样承受循环次数10以上而不发生疲劳断裂，则称该应力为无限次循环下不发生疲劳破坏的持久极限Sr，也称疲劳极限或疲劳强度。

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21、脆性断裂——屈服前的断裂，拉伸中试片均匀形变，断面较平整。 22、力学状态——高聚物的力学性质随温度变化的特征状态；

23、银纹（又称裂纹）：聚合物在张应力的作用下，在材料某些薄弱的地方出现应力集中

而产生的局部的塑性形变和取向，以至于在材料的表面或者内部垂直于应力方向出现微细凹槽的现象。

24、银纹质（体）——联系起两银文面的束状或高度取向的聚合物。

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。

26、Boltzmann原理——聚合物的力学松弛行为是其整个受力历史上诸松弛过程的线性加和的结果。 27、非牛顿性指数：幂律公式?s?K?中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，称

?n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?a??s(?)/?。

屈服与断裂： 屈服现象与屈服点

普弹性、高弹性、强迫高弹性 粘弹性与熵弹性 脆化温度与耐寒性 应力集中与应力松弛 28、拉伸强度与断裂强度 29、冲击强度与抗弯强度 30、出口膨胀与颈缩 31、银纹与裂纹

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粘弹性现象，粘弹性现象主要包括蠕变、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

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??

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

? 变形是瞬间发生的，且不随时间而变化。 ? 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：ζ=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 2.高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律。 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，自由体积减少，因而结晶度太高时材料变脆。支化使自由体积增加，因而冲击强度较高。

2、聚合物的结晶熔化过程与玻璃化转变过程本质上有何不同？试从分子运动角度比较聚合物结构和外界条件对这两个转变过程影响的异同。

聚合物的结晶熔化过程是随着温度的升高，聚合物晶区的规整结构遭受破坏的过程。从熔点的热力学定义出发，熔点的高低是由熔融热△H与熔融熵△S决定的。一般的规律是，熔融热△H越大，熔融熵△S越小，聚合物的熔点就越高。

聚合物的玻璃化转变过程是随温度升高，分子链中链段运动开始，由此会导致一系列性质的突变。因此，分子链的柔性越好，链段开始运动所需要的能量越低，其玻璃化温度就越低。

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3、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，绮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。

4、解释如下现象：1）聚合物的Tg开始时随分子量增大而升高，当分子量达到一定值之后，Tg变为与分子量无关的常数；2）聚合物中加入单体、溶剂、增塑剂等低分子物时导致Tg下降。

6、两个牵伸比相同的聚丙烯的纺丝过程中，A用冰水冷却，B用333K的热水冷却。成丝后将这两种聚丙烯丝放在363K的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩率高？说明理由。

7、提高聚合物的耐热性的措施有哪些？其中哪些是通过改变聚合物的分子结构而实现的？

提高聚合物耐热性的措施主要措施有：①提高分子中原子间的键能；②增加分子中的环结构和共轭程度；③增加分子链间的交联程度；④增加分子的取向度和结晶度；⑤加入稳定剂。

8、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。

1.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。 2.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。 3. 分子量分布越宽，粘流温度越低。

4..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。

5.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。

6.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。

9、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

10、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。

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