高分子流變學(xué)

1、流變考點大全 一、 名詞解釋1. 本構(gòu)方程：又稱狀態(tài)方程，描述應(yīng)力分量與形變分量或形變速率分量之間關(guān)系的方程,是描述一大類材料所遵循的與材料結(jié)構(gòu)屬性相關(guān)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律的方程. 反映流變過程中材料本身的結(jié)構(gòu)特性。 2. 等粘度原則：兩相高分子熔體或溶液粘度相近，易混合均勻。3. 近似潤滑假定：把原來物料在xy平面的二維流動，在一段流道內(nèi)簡化成為只沿x方向的一維流動，這種簡化假定稱為。 4. 剪切變?。合嗤瑴囟认拢叻肿右后w，在流動過程中粘度隨剪切速率增大而降低的現(xiàn)象。5. 表觀剪切黏度：表觀粘度 a定義流動曲線上某一點與的比值 6. Banis效應(yīng)：又稱口型膨脹效應(yīng)或擠出脹大現(xiàn)象，是指高分子熔體

2、被迫擠出口模時，擠出物尺寸d大于口模尺寸D，截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象。 7. 粘流活化能：E定義為分子鏈流動時用于克服分子間位壘躍遷到臨近空穴所需要的最小能量，它表征粘度對溫度的依賴性，E越大，粘度對溫度的依賴性越強，溫度升高，其粘度下降得越多。8. 法向應(yīng)力差：兩個法向應(yīng)力分量差值在各種分解中始終保持不變，定義法向應(yīng)力差函數(shù)來描寫材料彈性形變行為。9. 零切黏度：剪切速率接近于0時，非牛頓流體對應(yīng)的粘度值。 10. 表觀粘度：流動曲線上某點與原點連線的斜率11. 彎流誤差：高分子液體流經(jīng)一個彎形流道時，液體對流道內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的壓力，會因法向應(yīng)力差效應(yīng)而產(chǎn)生差異。12. 拉伸粘度：聚合物在拉

3、伸過程中拉伸方向的總的法向應(yīng)力與拉伸速率的比值。13. 第二牛頓區(qū);假塑性流體在當前剪切速率很高時，剪切粘度會趨于一個定值，而這一剪切區(qū)域稱為假塑性流體的第二牛頓區(qū)。 14. 觸變性：等溫條件下，某些液體流動粘度隨外力作用時間長短發(fā)生變化的性質(zhì)，其中粘度變小為觸變性。15. Tf：黏流溫度，高分子高彈態(tài)與粘流態(tài)之間轉(zhuǎn)變的溫度，大分子鏈產(chǎn)生重心位移的整鏈相對運動。16. Tg：玻璃化溫度，分子鏈段運動，解除凍結(jié)的溫度，形變可以恢復(fù)。17. 爬桿現(xiàn)象、weissenberg效應(yīng)、包軸現(xiàn)象：高分子液體在用圓棒攪動時環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)木棒附近并沿棒向上爬的現(xiàn)象。18. 牛頓流體：遵從牛頓運動規(guī)律的液體，剪切流

4、動時，內(nèi)部只有剪切力，無拉伸壓縮應(yīng)力（正應(yīng)力）。19. 胡克彈性體：遵從胡克定律的固體。20. 粘彈性：固液兩相性21. 流變學(xué)：研究材料流動及變形規(guī)律的科學(xué)。22. 軟物質(zhì)：對弱的外界影響作出顯著相應(yīng)和變化的物質(zhì)。23. 彈性記憶效應(yīng)：材料變形時表現(xiàn)出彈性行為，外力撤消彈性形變恢復(fù)，產(chǎn)生形變時存能量，形變恢復(fù)時釋放能量，稱為。 24. 湍流減阻效應(yīng)：少量的高分子物質(zhì)使管道中高速湍流阻力明顯降低的現(xiàn)象。25. 應(yīng)力：材料內(nèi)部單位面積上的響應(yīng)力。26. 觸變性流體：凡流體在恒溫和恒定的切變速率下，粘度隨時間遞減的流體為觸變體。27. 震凝性流體：。遞增。28. 熔體破裂現(xiàn)象：高分子熔體從口模擠出

5、時，當擠出速度過高，超過某一臨界剪切速率時，容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙，隨擠出速度的增大，可能分別出現(xiàn)波浪形，鯊魚皮形，竹節(jié)形，螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無規(guī)則的擠出物斷裂，稱為熔體破裂現(xiàn)象。29. 可恢復(fù)形變量：先對流變儀中的液體施以一定的外力，使其形變，然后在一定時間內(nèi)維持該形變保持恒定，而后撤去外力，使形變自然恢復(fù)，發(fā)現(xiàn)只有一部分形變得到恢復(fù)，另一部分則作為永久變形保留下來，其中可恢復(fù)形變量Sr表征流體在形變過程中儲存彈性能的大小。 30. Bagley修正：保持壓力梯度不變，將毛細管（完全發(fā)展流動區(qū)）延長，并將入口區(qū)的壓力降等價為在虛擬延長長度上的壓力降。31. 不

6、穩(wěn)定擠出系數(shù)：為描述擠出成型過程的穩(wěn)定性，定義一個不穩(wěn)定擠出系數(shù)u=Q/p132. 非牛頓指數(shù)：描述材料偏離牛頓流體的程度的指數(shù)，對Newton流體，n =1，K =0；對假塑性流體，n <1。n偏離1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛頓性）越強；n與1之差，反映了材料非線性性質(zhì)的強弱。 33. 出口壓力降：指粘彈性流體在毛細管入口區(qū)的彈性形變在經(jīng)過毛細管后尚未全部松弛，至出口處仍殘存部分內(nèi)壓力，則將表現(xiàn)為出口壓力降。34. 假塑性流體：是指無屈服應(yīng)力,并具有粘度隨剪切速率增加而減小的流動特性的流體。 35. 熔融指數(shù)：在一定的溫度和負荷下，聚合物熔體每10min通過規(guī)定的標準口模的質(zhì)量

7、，單位g/10min。 36. .駐點：兩輥筒間物料的速度分布中，在x*處,物料流速分布中,中心處的速度=0,稱駐點。 37. 賓漢流體：與牛頓型流體的流動曲線均為直線，但它不通過原點，只有當剪切應(yīng)力超過一定屈服應(yīng)力值之后才開始塑性流動。牙膏、油漆是典型的賓漢流體。 假塑性流體：其流動曲線通過原點，即在很小的剪切應(yīng)力下就開始流動，隨剪切速率增加，流動曲線彎向切變速率坐標軸，剪切應(yīng)力增加的速率降低，粘度隨切應(yīng)力、切變速率增大而降低，稱為“切力變稀”的流體。橡膠、大多數(shù)熱塑性塑料、聚合物溶液都屬于此類。 38. 脹塑性流體：主要特征是剪切速率很低時，流動行為基本上同牛頓型流體，剪切速率超過某一臨界

8、后，剪切粘度隨剪切速率增大而增大，呈“剪切變稠”。 39. 化學(xué)流動：在強外力場作用下，大分子發(fā)生了機械裂解，產(chǎn)生了分子量較小的自由基，這些自由基粘度小，在外力作用下能夠流動。流動過程中，自由基又能進行再化合，形成新的體形結(jié)構(gòu)。二、 填空題1. 理想彈性體的形變規(guī)律符合胡克彈性定律，理想彈性體的流動符合牛頓粘性定律。2. 高分子材料流變學(xué)粗略的可分為高分子材料結(jié)構(gòu)流變學(xué)和高分子材料加工流變學(xué)。3對于假塑性流體，提高剪切速率會使非牛頓指數(shù)n減小，升高溫度使n增大，分子量增大使n下降，連柔性增大使n減小。增塑劑使n增大4. Mz>Mw>My>Mn5.一般小分子液體的流動單元是小分

9、子，高分子熔體的流動單元不是大分子整鏈，而是鏈段。高分子流動是通過鏈段的相繼運動實現(xiàn)的。6.列舉四種高分子液體黏度的測量方法毛細管流變儀、轉(zhuǎn)子型流變儀、落球式粘度計、混煉機型轉(zhuǎn)矩流變儀。7.零剪切黏度>表觀粘度>無窮剪切速率粘度 8.剪切速率 注射>擠出>混煉 9.螺桿擠出機大體可分為三段 加料段，壓縮段，計量段。10.高分子奇異流變現(xiàn)象：高粘度與剪切變稀行為、Weissenberg效應(yīng)、擠出脹大現(xiàn)象、不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象、無官虹吸拉伸流動和可紡性、各種次級流動、孔壓誤差和彎流壓差、湍流減阻效應(yīng)、觸變性和震凝性 11.零剪切黏度0>表觀粘度a>無窮剪切粘

10、度 12.高分子共混的原則有 極性相匹配原則、表面張力相近原則、擴散能力相近原則、等粘度原則、溶解度參數(shù)相近原則。13.相容性判斷： 共溶劑法、光學(xué)透明法、Tg法、電子顯微鏡法、小角中子散射、脈沖核磁共振法 14.牛頓流體的拉伸粘度在單軸拉伸時是剪切粘度的3倍，雙軸拉伸時是剪切粘度的6倍。15.一維的均勻拉伸流場中，流體的流動方向，同時也是其速度梯度方向。16.在溫度范圍是T>>Tg+100時，高聚物熔體的粘溫關(guān)系可用Arrhenius方程來描述；在溫度范圍是TgTg+100時，高聚物熔體的粘溫關(guān)系可用WLF方程來描述。17.描述高分子液體彈性效應(yīng)的物理量包括可恢復(fù)形變量、擠出脹大

11、比及口型出口壓力降、第一第二法向應(yīng)力差系數(shù)。18.建立本構(gòu)方程的基本方法是唯象性和分子論方法。19.橡膠工業(yè)中常用的門尼粘度計可歸為一種改造的轉(zhuǎn)子型流變儀，而塑料工業(yè)中常用的熔體流動速率測定儀則可歸為恒壓毛細管型流變儀。20.壓延工藝中，物料內(nèi)最大壓力出現(xiàn)于-處，最小壓力出現(xiàn)于x=或x=-x0處，而輥距最小處的物料壓力為Pmax/2.21.擠出成型過程中的物料通常簡化假定為牛頓型流體，基本構(gòu)方程為=。22.高分子共混體系中的分散相形態(tài)可分為海島結(jié)構(gòu)和兩相互鎖結(jié)構(gòu)。三簡答1 簡述bagley校正 為了從測得的壓力差p準確的求出完全發(fā)展流動區(qū)上的壓力梯度 bagley提出如下修正方法 中心思想是

12、保持壓力梯度不變 將毛細管虛擬的延長 并將入口區(qū)的壓力降等價位在虛擬延長長度上的壓力降 2 舉例說明那些高分子熔體粘度對溫度更敏感 那些對剪切力更敏感 高分子熔體粘度對溫度敏感程度與粘流活化能有關(guān) 粘流活化能越高則敏感程度越大 而分子鏈剛性大極性強或含有較大側(cè)基的高分子材料粘流活化能高 如PVC PC 纖維 樹脂等 分子量大的柔性分子鏈 在剪切流場中易發(fā)生解纏結(jié)和去向 粘-切依賴性大 如聚甲醛 聚乙烯對切應(yīng)力敏感性較大 3 熔體在擠出機勻化計量段的流動可分為幾種流動形式 他們分別與哪些因素有關(guān) 拖曳流 取決于轉(zhuǎn)速N 壓力流、漏流 為負流量 大小取決于壓差p和物料粘度 4簡述高分子共混體系的共混

13、原則和判斷相容性的試驗方法 極性相匹配原則表面張力相近原則擴散能力相近原則等粘度原則溶解度參數(shù)相近原則共溶劑法 光學(xué)透明法 Tg法 電子顯微鏡法 小角中子散射 脈沖和磁共振法 5 簡要說明高分子材料粘流態(tài)的特征和流動機理 特征 宏觀 在外力場作用下 高分子熔體產(chǎn)生不可逆的永久形變微觀 處于粘流態(tài)時大分子鏈能產(chǎn)生中心位移的整鏈相對運動流動機理 粘流態(tài)下大分子流動的基本單元不是大分子整臉 而是鏈段 分子整鏈的運動實際上是通過鏈段的相繼運動實現(xiàn)的6 如何抑制擠出成型過程中的熔體擠出破裂行為 適當改造入口區(qū) 將入口角減小為喇叭口型時 擠出物外觀有明顯改善對于LDPE型熔體 抑制造成熔體破裂現(xiàn)象的根源在

14、于入口區(qū)的流線擾動 因而定型長度越長 擠出物外觀反而不好 工藝過程的特征時間加長 或縮短材料的特征松弛時間熔體溫度升高粘度下降 會使松弛時間縮短 從而改善外觀平均分子量小 分子量分布寬增加填充補強劑 軟化增塑劑7 配合劑的影響 碳黑 影響規(guī)律：1）增粘效應(yīng)，使體系粘度升高；2）使體系非牛頓流動性減弱，流動指數(shù)n值升高3）一般用量越多，粒徑越細，結(jié)構(gòu)性（吸油量）越高，體系粘度增加得越大。 惰性填料：碳酸鈣 影響規(guī)律：1）增多體系內(nèi)部的微空隙，使材料內(nèi)部應(yīng)力集中點增加，導(dǎo)致破壞過程加速；2）使體系粘度增大，彈性下降，加工困難，設(shè)備磨損加快。3）體系可能出現(xiàn)類似Bingham流體的屈服現(xiàn)象 軟化增塑

15、劑：軟化油、DOP 影響規(guī)律：1）增大分子鏈之間的間距，起到稀釋作用和屏蔽大分子中極性基團，減少分子鏈間相互作用力，使Tg 和 Tg 降低，粘度減?。?）低分子量的軟化增塑劑摻在大分子鏈間，使體系的彈性減小，非牛頓性減弱。8 螺桿擠出機穩(wěn)定工作的條件 物料在螺桿部分的流動狀態(tài)必須與在機頭口型區(qū)的流動狀態(tài)相匹配，要求通過螺桿部分的流量與通過機頭口型區(qū)的流量相等，物料在螺桿部分的壓力降也要與機頭口型區(qū)的壓力降相等獲得物料穩(wěn)定擠出的措施1， 減少不穩(wěn)定源，應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，加料口供料速度必須均勻2， 適當減少螺桿深度h和減少幾桶與螺桿的間隙 3， 調(diào)節(jié)機頭流通系數(shù)4， 適當降低擠出速度5， 適當增加螺

16、桿長度9簡述毛細管流變儀的構(gòu)造和測量原理 其核心部分為一套精致的毛細管，具有不同的長徑比；料筒周圍為恒溫加熱套，內(nèi)有電熱絲；料筒內(nèi)物料的上部為液壓的驅(qū)動的柱塞。物料經(jīng)加熱變?yōu)槿垠w后，在柱塞高壓作用下強迫其從毛細管擠出，由此測量物料的粘彈性。根據(jù)測量原理不同，毛細管流變儀分為恒速型和恒壓型兩類。恒速型儀器預(yù)置柱塞下壓速度為恒定，待測的量為毛細管兩端的壓差。恒壓型儀器預(yù)置柱塞前進壓力為恒定，待測量為物料的擠出速度。如何校正毛細管流變儀的入口區(qū)壓力損失對測量的影響為了從測得的壓力差p準確的求出完全發(fā)展流動區(qū)上的壓力梯度 bagley提出如下修正方法 中心思想是 保持壓力梯度不變 將毛細管虛擬的延長

17、并將入口區(qū)的壓力降等價位在虛擬延長長度上的壓力降 10. Haake流變儀的構(gòu)造和作用 流變儀主體，即電子式流變轉(zhuǎn)矩記錄儀；可更換的混合測量裝置，一般根據(jù)用戶需要配備密閉式混合器、螺螺桿擠出器和各種類型的擠出口模；電控儀表系統(tǒng)，用于控制溫度和無級調(diào)速，記錄轉(zhuǎn)矩、溫度隨時間的變化。可方便的模擬塑煉、混煉、擠出、吹膜等工藝過程。借以衡量、評價物料的加工行為，研究加工中物料結(jié)構(gòu)的變化及各種因素的影響，特別適宜于配方和工藝條件的優(yōu)選。可以給出的實驗結(jié)果有：轉(zhuǎn)矩隨時間的變化曲線，溫度隨時間的變化曲線，轉(zhuǎn)矩隨溫度的變化曲線等。借此以研究高分子材料的熔融塑化行為，高分子材料的熱穩(wěn)定性和剪切穩(wěn)定性，反映性加工

18、中的反映程度，流動與材料交聯(lián)的關(guān)系，流動與材料焦燒的關(guān)系，增塑劑的吸收特性，PVC的塑化和凝膠化的特性，熱固性塑料的擠出行為等。 11 傳輸性方程有哪些？其物理含義？ 連續(xù)性方程質(zhì)量守恒律不可壓縮流體的穩(wěn)定流動，質(zhì)量守恒定律在流體中的體現(xiàn)。運動方程動量守恒律流體元流動過程中動量的變化有三種外力的貢獻，是壓力、粘彈力和重力。重力忽略不計，流動形式可分為壓力流和拖曳流。能量方程能量守恒律 流體流動過程中體系能量的變化，取決于與外界的熱交換和功交換。對于粘彈性流體而言，功交換既包括粘性力貢獻也包括彈性力貢獻。12 闡述高分子熔體發(fā)生流動不穩(wěn)定甚至熔體破裂現(xiàn)象的機理。 造成熔體破裂現(xiàn)象的機理十分復(fù)雜，

19、肯定地說，它與熔體的非線性粘彈性、與分子鏈在剪切流場中的取向和解取向（構(gòu)象變化及分子鏈松弛的滯后性）、纏結(jié)和解纏結(jié)及外部工藝條件諸因素有關(guān)。從形變能的觀點看，高分子液體的彈性是有限的，其彈性貯能本領(lǐng)也是有限的。當外力作用速率很大，外界賦予液體的形變能遠遠超出液體可承受的極限時，多余能量將以其它形式表現(xiàn)出來，其中產(chǎn)生新表面、消耗表面能是一種形式，即發(fā)生熔體破裂。Ldpe的主要應(yīng)力分布在口模入口區(qū) 且入口的流線呈典型的喇叭口型收縮 在口模死角處存在環(huán)流或渦流 當剪切速率>crit后，入口區(qū)出現(xiàn)強烈的拉伸流，強烈的應(yīng)力集中效應(yīng)使主流道內(nèi)的流線斷裂，渦流混入主流道 主流線斷裂后 局部應(yīng)力下降 又

20、恢復(fù)穩(wěn)定流動，然后再一次集中彈性形變能，再一次流線斷裂。 Hepe型 流動時的應(yīng)力效應(yīng)主要不在入口區(qū) 而是在口模內(nèi)壁附近 口模入口處不存在死角環(huán)流 低流速時 擠出正常 流速增高到一定程度時 由于模壁附近的應(yīng)力集中效應(yīng)突出 流線發(fā)生斷裂 擠出物有竹節(jié)狀或套錐形的有規(guī)畸變 剪切速率再增大時，擠出物光滑，速率極高時，擠出物無規(guī)破裂狀。 13 什么是應(yīng)力和應(yīng)力張量？為何應(yīng)力張量能同時描寫材料內(nèi)部的剪切作用和正應(yīng)力作用？在剪切情況下，牛頓流體和粘彈性流體在應(yīng)力張量上最明顯的不同是什么？ 應(yīng)力：材料內(nèi)部單位面積上的響應(yīng)力。二階張量（Tij）完整描述了P點應(yīng)力狀態(tài)，稱為P點應(yīng)力張量。 所有Tij（ij；i，

21、j=1,2,3）分量都作用在相應(yīng)面元的切線方向上，稱為應(yīng)力張量的剪切分量；而所有Tij（i=1,2,3）分量都作用在相應(yīng)面元的法線方向上，稱為應(yīng)力張量的法向分量。剪切力的物理實質(zhì)是粘滯力或內(nèi)摩擦力，法向力的實質(zhì)是彈性力，于是可以完整的描述。 牛頓流體：只有粘性力，無彈性力。 粘彈性流體：既有粘性力，也有彈性力。14流體的非牛頓性主要表現(xiàn)在哪些方面 非牛頓指數(shù)及其特征其表現(xiàn)有 震凝性 觸變性 剪切變稀 剪切變稠非牛頓指數(shù)：對假塑性流體，n <1。n偏離1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛頓性）越強；n與1之差，反映了材料非線性性質(zhì)的強弱。 15 什么是化學(xué)流動？為何高分子加工過程中一般要避

22、免化學(xué)流動？ 化學(xué)流動：在強外力場作用下，大分子發(fā)生了機械裂解，產(chǎn)生了分子量較小的自由基，這些自由基粘度小，在外力作用下能夠流動。流動過程中，自由基又能進行再化合，形成新的體形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的破壞和重建在一定的外部條件下達到動態(tài)平衡。分子鏈較柔順，M不太大，體系中有增塑劑，高分子材料小，分段位移為主流動機理，化學(xué)流動幾乎不存在。 16請闡述粘流活化能的物理意義？參考教材，說明粘流活化能的計算方法。 粘流活化能E是描述材料粘溫依賴性的物理量。既反映材料流動的難易程度，更重要的是反映材料粘度變化的溫度敏感性。是我們區(qū)別不同類型高分子材料的一個判據(jù)。 Lg0（T）=lgK+E/2.303RT 在不同溫度下測量零剪切粘度0（T）值，以lg0（T）對1/T作圖，應(yīng)該得到一條直線。從所得直線的斜率可方便求得粘流活化能的大小。注意零剪