1、二、簡(jiǎn)答題（可任選答8題，每題5分，共40分）：第一章 緒論1簡(jiǎn)述聚合物流變行為的特征是什么？多樣性高彈性時(shí)間依賴性2、何為粘彈性？為什么聚合物具有明顯的粘彈性？舉例介紹塑料制品應(yīng)用和塑料加工 中的粘彈性現(xiàn)象？粘彈性：外力作用下，高聚物材料的形變行為兼有液體粘性和固體彈性的雙重特性，其 力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化而呈現(xiàn)出不同的力學(xué)松弛現(xiàn)象的特性。由于高聚物材料對(duì)時(shí)間的依賴性，因此第二章基本物理量和線性粘性流動(dòng)1、簡(jiǎn)述線性彈性變形的特點(diǎn)1變形小2、變形無(wú)時(shí)間依賴性3、變形在外力移除后完全回復(fù) 4、無(wú)能量損失5、應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系：（T =E£2、聚合物的粘性流動(dòng)有何特點(diǎn)？為什么？1變形的時(shí)間

2、依賴性流體的變形隨時(shí)間不斷發(fā)展2、流體變形的不可回復(fù)性：粘性流體的變形是永久變形3能量散失：外力對(duì)流體所作的功在流動(dòng)中轉(zhuǎn)為熱能而散失， 這一點(diǎn)與 彈性變形過(guò)程中貯能完全相反。4、正比性：線性粘性流動(dòng)中剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變速率成 正比，粘度與剪切應(yīng)變速率無(wú)關(guān)。2、聚合物的結(jié)晶熔化過(guò)程與玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程本質(zhì)上有何不同？試從分子運(yùn)動(dòng)角度比較聚 合物結(jié)構(gòu)和外界條件對(duì)這兩個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程影響的異同。聚合物的結(jié)晶熔化過(guò)程是隨著溫度的升高，聚合物晶區(qū)的規(guī)整結(jié)構(gòu)遭受破壞的過(guò)程。從 熔點(diǎn)的熱力學(xué)定義出發(fā)，熔點(diǎn)的高低是由熔融熱 H與熔融熵厶S決定的。一般的規(guī)律是，熔 融熱H越大，熔融熵厶S越小，聚合物的熔點(diǎn)就越高。聚合物的

3、玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程是隨溫度升高，分子鏈中鏈段運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，由此會(huì)導(dǎo)致一系列性 質(zhì)的突變。因此，分子鏈的柔性越好，鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)所需要的能量越低，其玻璃化溫度就越 低。3、試述溫度和剪切速率對(duì)聚合物剪切粘度的影響。并討論不同柔性的聚合物的剪切粘度 對(duì)溫度和剪切速率的依賴性差異。聚合物的剪切粘度隨溫度的升高而下降，在通常的剪切速率范圍內(nèi)，聚合物 的剪切粘度也是隨剪切速率的增大而降低的。只有在極低（接近于零）及極高（趨于 無(wú)窮大）的剪切速率下，聚合物的粘度才不隨剪切速率的變化而變化。不同柔性的聚合物的剪切粘度對(duì)溫度和剪切速率的依賴性是不同的：柔性的高分子鏈在 剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明顯下降。

4、而剛性高分子則下降得很不明顯。 剛性高分子的粘流活化能大，其剪切粘度對(duì)溫度極為敏感，隨著溫度的升高，剪切粘度明顯 下降，而柔性高分子的粘流活化能小，其剪切粘度隨溫度的變化較小。4、解釋如下現(xiàn)象：1）聚合物的Tg開(kāi)始時(shí)隨分子量增大而升高，當(dāng)分子量達(dá)到一定值之 后，Tg變?yōu)榕c分子量無(wú)關(guān)的常數(shù)；2）聚合物中加入單體、溶劑、增塑劑等低分子物時(shí)導(dǎo)致 Tg 下降。1）由于分子鏈中端基受限最少，其運(yùn)動(dòng)最為容易。所以，當(dāng)分子鏈中端基所占比例越 大（即分子最越低）時(shí)，Tg越低。當(dāng)分子量大到一定程度后，端基在分子鏈中的比例可以忽 略時(shí)，Tg就不會(huì)再隨分子量增大而升高了。2）當(dāng)聚合物中加入低分子物質(zhì)（如單體、溶劑或

5、增塑劑）后，其分子鏈間距會(huì)增大， 分子間作用力減小，導(dǎo)致鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)所需要的溫度（ TJ降低。5、指出下列高分子材料的使用溫度范圍（Tm，Tg）：非晶態(tài)熱塑性塑料，晶態(tài)熱塑性塑 料，熱固性塑料，硫化橡膠，涂料。答：非晶態(tài)熱塑性塑料：使用溫度在 Tg以下（或TbTg之間）；晶態(tài)熱塑性塑料：使用 溫度在Tm以下（或TbTm之間）；熱固性塑料：使用溫度在其分解溫度 Td以下（或TbTd之 間）；硫化橡膠：使用溫度在Tg以上（或TgTd之間）;涂料：使用溫度在Tg以下。6、 兩個(gè)牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過(guò)程中， A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。成 絲后將這兩種聚丙烯絲放在 363K的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)

6、兩者的收縮率有很大不同。 哪一種絲的收縮 率高？說(shuō)明理由。冰水冷卻的收縮率高。兩個(gè)牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過(guò)程，A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。在兩種不同的冷卻過(guò)程中，由于溫度不同，導(dǎo)致兩種條件下結(jié)晶的完善程度不同。用冰水冷卻時(shí)，由 于溫度迅速降低，導(dǎo)致聚丙烯結(jié)晶不完善，升溫至 363K的環(huán)境中，由于聚丙烯會(huì)出現(xiàn)二次結(jié) 晶，并且形成較完善的晶體，導(dǎo)致體積的收縮率較大；而用333K的熱水冷卻時(shí)，由于溫度較高，導(dǎo)致聚合物的結(jié)晶較為完善，在升溫至 363K的環(huán)境后，體積收縮率較小。7、提高聚合物的耐熱性的措施有哪些？其中哪些是通過(guò)改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的？高溫下聚合物可以發(fā)生降解和交聯(lián)。降

7、解是高分子的主鏈斷裂，導(dǎo)致分子量下降，材料 的物理-力學(xué)性能變差。交聯(lián)使高分子鏈間生成化學(xué)鍵，引起分子量增大。適度交聯(lián)可以改善 聚合物的耐熱性和力學(xué)性能。但交聯(lián)過(guò)度，會(huì)使聚合物發(fā)硬變脆。聚合物的熱降解和交聯(lián)與化學(xué)鍵的斷裂或形成有關(guān)，化學(xué)鍵的鍵能越大，材料的耐熱性 就越好。概括起來(lái)，提高聚合物耐熱性的途徑有三：1）盡量減少或避免高分子鏈中弱鍵，利 用強(qiáng)極性取代基增強(qiáng)一C-C鍵的耐熱性等。2）將聚合物適度交聯(lián)可在提高強(qiáng)度的同時(shí)，提 高聚合物的耐熱性。3）在聚合物主鏈中引入苯環(huán)、脂環(huán)或合成“梯形”、螺形“結(jié)構(gòu)的聚合 物，提高分子鏈的剛性。8、試述影響聚合物粘流溫度的結(jié)構(gòu)因素。結(jié)構(gòu)因素：高分子鏈的柔性

8、：高分子鏈的柔性越好，鏈的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越容易進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)單 元鏈段就越小，流動(dòng)活化能也越低，聚合物在較低的溫度下就能實(shí)現(xiàn)粘性流動(dòng)。因此，分子 鏈的柔性越好，其粘流溫度越低。高分子的極性：高分子的極性越大，分子間的相互作用越大，其粘流溫度也越高。分子量：分子量愈大，高分子鏈越長(zhǎng)，整個(gè)分子鏈相對(duì)滑動(dòng)時(shí)摩檫阻力就愈大，需在更 高的溫度下才能發(fā)生粘性流動(dòng)，即粘流溫度越高。（注意外界因素：外力大小和外力作用時(shí)間長(zhǎng)短不屬于結(jié)構(gòu)因素）9、按常識(shí)，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈性的特點(diǎn)之一卻是溫度愈高，高彈平衡模量 越高。這兩個(gè)事實(shí)有矛盾嗎？為什么？按常識(shí)，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈性的特點(diǎn)之一卻是溫度愈高，

9、高彈平衡模量越高。 這兩個(gè)事實(shí)不矛盾。：RT原因：1） e=3=t,t升高，高分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈趨于卷曲構(gòu)象的傾向更大，回Me縮力更大，故高彈平衡模量越高；2）實(shí)際形變?yōu)榉抢硐霃椥孕巫儯巫兊陌l(fā)展需要一定是松弛 時(shí)間，這個(gè)松弛過(guò)程在高溫時(shí)比較快，而低溫時(shí)較慢，松弛時(shí)間較長(zhǎng)，如圖。按常識(shí)觀察到的溫 度越高，橡皮越軟就發(fā)生在非平衡態(tài)，即t<t 0時(shí)。10、對(duì)聚合物熔體的粘性流動(dòng)曲線劃分區(qū)域，并說(shuō)明區(qū)域名稱及對(duì)應(yīng)的粘度名稱，解釋 區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。對(duì)聚合物熔體的粘性流動(dòng)曲線劃分區(qū)域，并說(shuō)明區(qū)域名稱及對(duì)應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域 內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。答：第一牛頓區(qū)：粘度為零切粘度 n 0。此時(shí)

10、由于切變速率很小，雖然纏結(jié)結(jié)構(gòu)能被破壞，但破壞的速率等于形成的速率，纏結(jié)點(diǎn)數(shù)目處于動(dòng)態(tài)平衡，故粘度保持恒定，表現(xiàn)為牛頓流體 的流動(dòng)行為；假塑區(qū)：粘度為表觀粘度 n a。當(dāng)切變速率增大時(shí)，纏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞的速度越來(lái)越大于 其形成速度，纏結(jié)點(diǎn)數(shù)目逐漸減少，故粘度不為常數(shù)，隨切變速度的增大而減小，表現(xiàn)出假 塑性流體的流動(dòng)行為；第二牛頓區(qū)：粘度極限粘度（無(wú)窮切粘度）n -。當(dāng)達(dá)到強(qiáng)剪切的狀態(tài)時(shí)，大分子中的纏結(jié)結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞，來(lái)不及形成新的纏結(jié)，取向也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 變得很容易，體系粘度達(dá)到恒定的最低值，第二次表現(xiàn)為牛頓流體的流動(dòng)行為。11、為什么實(shí)際橡膠彈性中帶粘性，高聚物粘性熔體又

11、帶彈性？列舉它們的具體表現(xiàn)形 式。如何減少橡膠的粘性？在擠出成型中如何減小成型制品中的彈性成分？實(shí)際橡膠彈性中帶粘性的原因：構(gòu)象改變時(shí)需克服摩擦力；高聚物粘性熔體又帶彈性的 原因：分子鏈質(zhì)心的遷移是通過(guò)鏈段的分段運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的；鏈段的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來(lái)構(gòu)象的變化；列 舉它們的具體表現(xiàn)形式：橡膠拉伸斷裂后有永久殘余應(yīng)變；橡膠快速拉伸會(huì)放熱；擠出脹大 等。減少橡膠的粘性：適度交聯(lián)；在擠出成型中減小成型制品中的彈性成分：提高熔體溫度； 降低擠出速率；增加口模長(zhǎng)徑比；降低分子量，特別要減少分子量分布中的高分子量尾端。12、對(duì)聚合物熔體的粘性流動(dòng)曲線劃分區(qū)域，并標(biāo)明區(qū)域名稱及對(duì)應(yīng)的粘度名稱，解釋 區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原

12、因。（1）第一牛頓區(qū)，零切粘度n 0,解纏速度等于再纏結(jié)速度 （2）假塑區(qū)，表觀粘度n a ,解 纏速度大于再纏結(jié)速度 （3）第二牛頓區(qū)，極限粘度n-，不存在纏結(jié)。13、熔融指數(shù)與相對(duì)分子質(zhì)量有什么關(guān)系？簡(jiǎn)述之。高聚物相對(duì)分子質(zhì)量大小對(duì)其粘性流動(dòng)影響極大。相對(duì)分子質(zhì)量增加，使分子間的作用力增大，顯然會(huì)增加它的粘度，從而熔融指數(shù)（Ml）就小。相對(duì)分子質(zhì)量的緩慢增大，將導(dǎo)致表觀粘度的急劇增加和 Ml的迅速下降。熔融指數(shù)Ml與相對(duì)分子質(zhì)量M之間有如下關(guān)系：lg （Ml） =A-BlgM式中：A、B是高聚物的特征常數(shù)。因此在工業(yè)上常用Ml作為衡量高聚物相對(duì)分子質(zhì)量大小的一種相對(duì)指標(biāo)。但必須注意，支化度

13、和支鏈長(zhǎng)短對(duì)熔融指數(shù)也有影響。 長(zhǎng)支鏈支化度使熔體切粘度顯著增 高（Ml下降），支化度越大，Ml增高越多。此外相對(duì)分子質(zhì)量分布對(duì) Ml也有一定影響。有時(shí) 相對(duì)分子質(zhì)量相同的同一高聚物的流動(dòng)性相差很大，就是因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量分布影響流動(dòng)性 所致。相對(duì)分子質(zhì)量分布寬的，其中低相對(duì)分子質(zhì)量部分相當(dāng)于增塑劑，起了內(nèi)增塑作用， 使流動(dòng)性較好。n 0和n-的含義并以分子鏈纏結(jié)的觀14、點(diǎn)給以解釋。答：高聚物熔體和溶液的流動(dòng)曲線可分為三個(gè)區(qū)域1第一牛頓區(qū)：剪切速率低,曲線斜率n=1 lgK=lg n 0,符合牛頓流動(dòng)定律。該區(qū)的粘度 為零切粘度n 0,可從這一段直線外推到與lg ?=0的直線相交處求得。由于大

14、分子處于高度纏 結(jié)的擬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)阻力很大。當(dāng)流速很小時(shí)，體系所受的剪切應(yīng)力或剪切速率很小，分 子鏈構(gòu)象變化得也很慢，而且分子鏈運(yùn)動(dòng)有足夠的時(shí)間進(jìn)行松弛，使解纏結(jié)速度與纏結(jié)速度 相等，故粘度保持恒定的最高值。2、 假塑性區(qū)：流動(dòng)曲線的斜率 n<1，該區(qū)的粘度為表觀粘度 n a = t / 。從曲線上任一 點(diǎn)引斜率為1的直線（前圖中傾斜的虛線即是）與lg ?=0的直線相交點(diǎn)，得到的就是曲線上 那一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的剪切速率下的表觀粘度。3、n=1，符合牛頓流動(dòng)定律。在高剪切速率區(qū)，由于強(qiáng)剪切，纏結(jié)全部破壞，來(lái)不及形成新的纏結(jié)，取向也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變得 很容易，粘度達(dá)恒定的最低值，稱

15、極限剪切粘度n -15、分別畫出牛頓流體、理想彈性體、線形和交聯(lián)聚合物的蠕變曲線及回復(fù)曲線參考答案:牛頓流休理想聊性體線皚聚合物交聯(lián)聚合物16、為什么高聚物的流動(dòng)活化能與相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān)？根據(jù)自由體積理論，高分子的流動(dòng)不是簡(jiǎn)單的整個(gè)分子的遷移，而是通過(guò)鏈段的相繼躍 遷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。形象地說(shuō)，這種流動(dòng)類似于蚯蚓的蠕動(dòng)。因而其流動(dòng)活化能與分子的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，。 H =Aexp （曰/RT），由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)碳鏈不長(zhǎng)時(shí)，Ea隨碳數(shù)的增加而增加，但當(dāng)碳數(shù)大于30 時(shí)，Ea不再增大。因此聚合物超過(guò)一定數(shù)值后，呂與相對(duì)分子質(zhì)量無(wú)關(guān)。17、解釋為什么高速行駛中的汽車內(nèi)胎易爆破汽車高速行駛時(shí)，作用力頻率很高，Tg上升

16、，從而使橡膠的Tg接近或高于室溫。內(nèi)胎處于 玻璃態(tài)，自然易于爆破18、舉例說(shuō)明和區(qū)分以下的聚合物熔體的流動(dòng)類型：1）層流和湍流；2）穩(wěn)定與不穩(wěn)定流動(dòng)；3）等溫與非等溫流動(dòng)；4）剪切流動(dòng)與拉伸流 動(dòng)；5）壓力流動(dòng)與拖曳流動(dòng)。1）聚合物熔體 在成型過(guò)程中流動(dòng)時(shí)，其雷諾準(zhǔn)數(shù)一般小于10;分散體也不會(huì)大于2000，因此其流動(dòng)均為層流。因聚合物熔體粘度高。如低密度聚乙烯熔體粘度約301000Pas。在加工過(guò)程中剪切速率一般不大于 104S-1。但由于聚合物有彈性，當(dāng)剪切應(yīng)力過(guò)大等原因， 會(huì)出現(xiàn)彈性引起的湍流，造成熔體的破碎 2）穩(wěn)定流動(dòng)：一切影響流體流動(dòng)的因素都不隨時(shí)間 而改變的流動(dòng)如正常操作的擠出機(jī)中

17、， 塑料熔體沿螺桿螺槽向前流動(dòng)屬穩(wěn)定流動(dòng)，因其流速、流量、壓力和溫度分布等參數(shù)都不隨時(shí)間而變動(dòng)；不穩(wěn)定流動(dòng)：凡流體在輸送通道中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)都隨時(shí)間而變化的流動(dòng)如在注射模塑的充模過(guò)程中，塑料熔體的流動(dòng)屬于不穩(wěn)定流 動(dòng)。注射時(shí)熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)速率、 溫度和壓力等各種影響流動(dòng)的因素都隨時(shí)間變化。 通常把熔體的充模流動(dòng)視為典型的不穩(wěn)定流動(dòng)3）等溫流動(dòng)是指流體各處溫度保持不變情況下的流動(dòng)。在等溫流動(dòng)中，流體與外界可進(jìn)行熱量傳遞，但傳入和輸出熱量應(yīng)保持相等在塑 料成型的實(shí)際條件下，聚合物熔體的流動(dòng)一般都呈現(xiàn)非等溫狀態(tài)。一是由于成型工藝有要求 將流程各區(qū)域控制在不同的溫度下；二是粘性流動(dòng)過(guò)程中有生

18、熱和熱效應(yīng)。這些都使流體在流道徑向和軸向存在一定的溫度差。4）拉伸流動(dòng) 質(zhì)點(diǎn)速度僅沿流動(dòng)方向發(fā)生變化；剪切流 動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度僅沿著與流動(dòng)方向垂直的方向發(fā)生變化5）拖曳流動(dòng)由邊界的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的流動(dòng)。如運(yùn)轉(zhuǎn)滾筒表面對(duì)流體的剪切摩擦而產(chǎn)生流動(dòng)。壓延成型片材等即為拖曳流動(dòng)；壓力流 動(dòng) 邊界固定，由外壓力作用于流體而產(chǎn)生的流動(dòng)。塑料熔體注射成型和擠塑成型等，在流道 內(nèi)的流動(dòng)屬于壓力梯度引起的剪切流動(dòng)。19、何為不穩(wěn)定流動(dòng)？聚烯烴熔體不穩(wěn)定流動(dòng)的類型有哪些？舉例說(shuō)明提高流動(dòng)穩(wěn)定性 的措施。不穩(wěn)定流動(dòng)：凡流體在輸送通道中流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)都隨時(shí)間而變化的流動(dòng)；20、解釋聚合物熔體離模膨脹原因，簡(jiǎn)述影響因素。原因：

19、高分子熔體的松弛：熔體入口模處產(chǎn)生縱向的速度梯度，沿著流動(dòng)方向，在拉伸時(shí)， 發(fā)生彈性形變，流出后就松弛掉。影響因素：1） 口模長(zhǎng)徑比L/D 定，膨脹比B隨剪切速率 增加而增大2）在低于臨界c的剪切速率下，離模膨脹比B隨溫度升高而降低3）在低于發(fā) 生熔體破裂的臨界剪切應(yīng)力t c下，膨脹比B隨剪切應(yīng)力t的增加而增大，在高于t c時(shí)，B 值則下降4）當(dāng)剪切速率恒定時(shí)，離模膨脹比B隨口模長(zhǎng)徑比L/D的增大而減小；在L/D超過(guò)某一數(shù)值時(shí)B為常數(shù)5）離模膨脹隨熔體在口模內(nèi)停留時(shí)間t呈指數(shù)關(guān)系減小。6）離模 膨脹隨高聚物的品種和結(jié)構(gòu)的不同而異 7）離模膨脹與口模入口的幾何結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)21、簡(jiǎn)述影響熔體破裂的因素

20、。試分析塑料熔體在注射充模流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生熔體破裂的 原因及對(duì)制品質(zhì)量的影響。1）高彈湍流的臨界條件：臨界剪切應(yīng)力t cr=1.25 x 105N/m2臨界粘度n mc=0.025n 0 （2） 流道幾何形狀：口模長(zhǎng)徑比L/D增大，cr增加（3）加工溫度T越高，臨界剪切應(yīng)力和臨界剪 切速率都增大（4） 口模工作表面的粗糙度對(duì)熔體破裂的發(fā)生無(wú)多大影響（5） 工業(yè)用的高聚物熔體的臨界剪切應(yīng)力在105106Pa內(nèi)隨高聚物品種和品級(jí)有差異（6）分子量越大，易纏 結(jié)，彈性回復(fù)嚴(yán)重，較低的剪切速率就會(huì)發(fā)生熔體破裂；分子量低的高聚物熔體，適宜高速 模塑（7）熔體非牛頓性強(qiáng)，柱塞流動(dòng)，不易產(chǎn)生渦流，入口區(qū)域和管

21、內(nèi)受到的剪切作用是主 要原因；造成熔體不穩(wěn)定流動(dòng)的重要原因：熔體的彈性1）對(duì)于小分子液體，在較高雷諾數(shù)下， 液體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能達(dá)到或超過(guò)克服粘滯阻力的流動(dòng)能量時(shí)，則發(fā)生湍流；2）對(duì)于高分子熔體，粘度高，粘滯阻力大，在較高的剪切速率下，彈性形變?cè)龃螅?dāng)彈性變形的儲(chǔ)能達(dá)到或超過(guò) 克服粘滯阻力的流動(dòng)能量時(shí)，導(dǎo)致不穩(wěn)定流動(dòng)發(fā)生。影響：容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動(dòng)不 穩(wěn)定，擠出物表面粗糙，失去光澤，類似于橘子皮，隨擠出速率進(jìn)一步增大，先后出現(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(wú)規(guī)則的熔體破裂22、高聚物熔體產(chǎn)生彈性效應(yīng)的本質(zhì)是什么？本質(zhì)是由于高聚物熔體受剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的作用時(shí)應(yīng)力的回復(fù)和

22、高聚物熔體流動(dòng) 時(shí)受剪切力作用時(shí)產(chǎn)生法向 應(yīng)力的差，從而呈現(xiàn)的彈性效應(yīng)23、高聚物熔體彈性效應(yīng)有哪些表現(xiàn)？它們對(duì)高聚物制品的性能各有什么影響？剪切速率增大，熔體的彈性效應(yīng)增大；分子量大，或分子量分布寬，熔體的彈性效應(yīng)明 顯；分子量分布寬，切模量 G較低，松弛時(shí)間分布也寬，t*大，彈性效應(yīng)明顯高分子構(gòu)象改變說(shuō)，柔性大分子鏈在外界應(yīng)力作用下沿流動(dòng)方向取向，使體系的構(gòu)象熵 減小；由于松弛作用，體系的構(gòu)象熵會(huì)部分地恢復(fù)，從而表現(xiàn)出熵彈性24、何為擠出脹大現(xiàn)象？舉例說(shuō)明減少脹大比的措施。液體流出管口時(shí)，液流的直徑并不等于管子出口端直徑，出現(xiàn)對(duì)粘彈性聚合物熔體，液流 直徑增大膨脹的現(xiàn)象稱為擠出物脹大；擠出

23、溫度升高，或擠出速度下降，或體系中加入填 料而導(dǎo)致高分子熔體彈性形變減少時(shí)，擠出脹大現(xiàn)象明顯減輕。第四章流變斷裂1、簡(jiǎn)述超過(guò)屈服應(yīng)力后應(yīng)力一般略有下降的原因。原因可能有二：其一，屈服后鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，與線彈性變形涉及的鍵拉伸等變形相比所需應(yīng) 力較小；其二，在屈服后試樣的截面積變小，達(dá)到同一應(yīng)力所需的作用力就相應(yīng)較小，而應(yīng) 力應(yīng)變曲線中的工程應(yīng)力仍以原始面積計(jì)算應(yīng)力。這種應(yīng)力下降的現(xiàn)象稱為應(yīng)力軟化，是材 料屈服的特征。2、超過(guò)屈服后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象一般稱為韌性斷裂。韌性斷裂可能會(huì)有幾種不同的情況出 現(xiàn)？各稱什么斷裂？1）在屈服強(qiáng)度達(dá)到后應(yīng)變發(fā)展不大時(shí)就發(fā)生斷裂，斷裂時(shí)的應(yīng)力低于屈服應(yīng)力C y。這種材

24、料雖有韌性，但韌性很小，其強(qiáng)度應(yīng)以屈服應(yīng)力表示。這種韌性斷裂稱為“非應(yīng)變硬化 斷裂”。2）在屈服后應(yīng)力基本不變而應(yīng)變不斷增大，在試樣的某些部位截面則突然縮小，形 成一個(gè)細(xì)頸。形成細(xì)頸后繼續(xù)拉伸時(shí)，或細(xì)頸部分不斷變得更細(xì)，或細(xì)頸直徑不變，出現(xiàn)細(xì) 頸的肩部被拉伸成細(xì)頸部，但細(xì)頸起來(lái)越長(zhǎng)，這時(shí)應(yīng)力近似恒定，這種現(xiàn)象稱為冷拉伸，或 泠流動(dòng)。在冷拉伸后應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)上升現(xiàn)象，稱為應(yīng)力硬化，到達(dá) B點(diǎn)發(fā)生斷裂。這種材料韌性 大，其強(qiáng)度以斷裂強(qiáng)度表示。這種韌性斷裂稱為“應(yīng)變硬化斷裂”。3、試述外界條件對(duì)斷裂行為的影響。1） 溫度的影響 所有聚合物的屈服點(diǎn)隨著溫度上升而明顯下降。 因聚合物在冷凍溫度下 是很脆的，

25、聚合物的屈服應(yīng)力C y,以Tg或Tm為界。在該溫度以上，分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)加劇，松 弛過(guò)程加快，聚合物軟化，材料的 C y、模量和強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率變大。在溫度升高過(guò)程中，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。兩曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度 Tb。溫度低時(shí)，材料的脆性斷裂應(yīng)力 C BV屈服應(yīng)力C y,因此當(dāng)外力首先達(dá)到C B時(shí)，發(fā)生脆 性斷裂。C B隨溫度下降的變化率較Cy隨溫度的變化率小，因而兩條曲線之間會(huì)在某個(gè)溫度 相交，該溫度就是脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度TBo對(duì)輕度交聯(lián)聚合物即橡膠而言，該溫度又稱 為脆化溫度。溫度高時(shí)，材料的斷裂應(yīng)力 C B屈服應(yīng)力C y,發(fā)生韌性性斷裂。2）應(yīng)變速率的影響 根據(jù)時(shí)

26、溫等效原理，應(yīng)變速率變化與溫度變化莫測(cè)等到效，即提高 應(yīng)變速率與降低溫度等效。從分子角度看，在低溫和高溫應(yīng)變速率下，分子鏈段不能運(yùn)動(dòng)，因而表現(xiàn)出脆性。而提高溫度和在低應(yīng)變速率下，分子鏈段有足夠的時(shí)間運(yùn)動(dòng)，因而表現(xiàn)出 韌性。3）應(yīng)力性質(zhì)的影響 在不同性質(zhì)應(yīng)力作用下，同一材料可表現(xiàn)出不同的斷裂行為。施加 流體靜壓力，可使脆性固體表現(xiàn)出延性。如固化的酚醛樹(shù)脂在拉伸試驗(yàn)中表現(xiàn)出脆性斷裂， 而在純剪切或壓力下有可能表現(xiàn)出延性。很多聚合物在拉伸和彎曲試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出脆性，而在其他應(yīng)力作用下可發(fā)生屈服，甚至表現(xiàn)出高度的延性。壓痕試驗(yàn)是測(cè)定材料強(qiáng)度的一種方法， 脆性材料在壓痕試驗(yàn)中表現(xiàn)出延性，材料被鋼球壓出凹痕而

27、不破裂，因此硬度也是脆性固體 塑性的表現(xiàn)。4）環(huán)境壓力的影響 研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)許多非晶聚合物，如 PS PMM等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為 還與環(huán)境壓力有關(guān)。右圖可見(jiàn)，PS在低環(huán)境壓力（常壓）下呈脆性斷裂特點(diǎn)，強(qiáng)度與斷裂伸 長(zhǎng)率都很低。隨著環(huán)境壓力升高，材料強(qiáng)度增高，伸長(zhǎng)率變大，出現(xiàn)典型屈服現(xiàn)象，材料發(fā) 生脆-韌轉(zhuǎn)變。4、聚合物的屈服有哪些特點(diǎn)？1）聚合物如發(fā)生屈服，屈服后一般發(fā)生應(yīng)變軟化，屈服應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變較小。2）屈服應(yīng)力對(duì)溫度和應(yīng)變速率較敏感，它隨溫度升高較快下降。3）當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)屈服應(yīng)力很快趨于0o 4）結(jié)晶聚合物屈服后，可形成細(xì)頸，并發(fā)生相變化，原有結(jié)晶破壞，重新形成 新的結(jié)晶。5、簡(jiǎn)述

28、聚合物材料的增強(qiáng)途徑與機(jī)理。1）增強(qiáng)途徑：增強(qiáng)改性的基本思想是用填充、混合、復(fù)合等方法，將增強(qiáng)材料加入到聚合物基體中，提高材料的力學(xué)強(qiáng)度或其它性能。常用的增強(qiáng)材料有粉狀填料（零維材料）：木粉、炭黑、輕質(zhì)二氧化硅、碳酸鎂等；纖維（一維材料）：棉、麻、絲及其玻璃纖維等；片狀 填料（二維材料）：織物等。2）增強(qiáng)機(jī)理：活性填料粒子能起到均勻分布負(fù)載的作用，降低 了橡膠發(fā)生斷裂的可能性，從而起到增強(qiáng)作用。纖維填料在橡膠中主要作為骨架，以幫助承 擔(dān)負(fù)載。纖維填充塑料主要是依靠其復(fù)合作用。即利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體 樹(shù)脂的流動(dòng)及其與纖維的粘接力以傳遞應(yīng)力6、試述影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素。1）高分

29、子的結(jié)構(gòu)：a.主鏈的柔順性越好，強(qiáng)度越高；b.側(cè)鏈有大的剛性基團(tuán)時(shí)，沖擊 強(qiáng)度低；c.分子間作用力大，沖擊強(qiáng)度小；d.支鏈沖擊韌性會(huì)提高，分子間作用力減小；e. 結(jié)晶：沖擊韌性取決于試驗(yàn)溫度，結(jié)晶度增加沖擊韌性下降；f.取向：取向后分子運(yùn)動(dòng)能力減弱，沖擊強(qiáng)度下降；g.填料：纖維填料，沖擊韌性上升；h.粒子填料沖擊韌性依情況而 定，粒子間距、直徑、數(shù)量都有影響；i.增塑劑：沖擊強(qiáng)度提高。2）外界條件：a.溫度的 影響 溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)有愈合鈍化缺口裂紋的作用，會(huì)提高沖擊強(qiáng)度。無(wú)定形聚合 物在溫度升高到接近Tg或更高時(shí)，沖擊強(qiáng)度迅速增加。結(jié)晶聚合物處于 Tg以上，比在Tg之下 則有較高的沖擊

30、強(qiáng)度。因分子熱運(yùn)動(dòng)有松弛作用，并消散了應(yīng)力集中。熱固性聚合物的沖擊 強(qiáng)度受溫度影響較小。b.沖擊速度的影響 存在著各種聚合物及其復(fù)合材料對(duì)沖擊速度敏感 性的差異。丙烯酸樹(shù)脂、PS和PMM等聚合物對(duì)沖擊速度敏感是脆性材料。而 PC PA和增韌改 性的聚合物對(duì)載荷速度的敏感性較低是韌性較好的聚合物。韌性材料隨著應(yīng)變速率提高，將 會(huì)由塑性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔选？焖贈(zèng)_擊試樣是脆性斷裂；而慢速?gòu)澢罱K是塑性斷裂。后 者吸收的斷裂總能量約是前者的3.5倍。因此即使同樣的沖擊能量下，高沖擊速度易使脆性材 料斷裂。外力作用時(shí)間長(zhǎng)，相當(dāng)于溫度升高。3）取向的影響：若沖擊力平行材料取向方向，與各向同性的聚合物相比，

31、常有較高的沖擊強(qiáng)度。反之，若沖擊力垂直取向方向，則抗沖擊 性能變差。塑料制品在使用中，其取向?qū)箾_擊性能有害而無(wú)利。取向的注塑件或擠出件， 在沖擊載荷下會(huì)在最弱方向斷裂。塑料制品表層具有壓縮應(yīng)力，能有效提高抗沖擊性能。較 低溫度下壓延加工的聚氯乙烯和聚碳酸酯的片材有很高韌性。7、簡(jiǎn)述聚合物的增韌改性。1）分子量提高，沖擊強(qiáng)度提高。2）對(duì)結(jié)晶聚合物，影響沖擊強(qiáng)度主要是結(jié)晶形態(tài)。結(jié) 晶聚合物在慢冷過(guò)程中，球晶成長(zhǎng)較大會(huì)降低沖擊強(qiáng)度。PE和PP的結(jié)晶度在（4050） %室溫下有很好沖擊韌性。3）共混、共聚、填充改性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用與橡膠類材料嵌段共聚、 接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料

32、的抗沖擊性能。8、簡(jiǎn)述聚合物的增韌機(jī)理1）銀紋機(jī)理：增韌作用主要來(lái)自海島型彈性體微粒作為應(yīng)力集中物與基體間引發(fā)大量銀 紋，從而吸收大量沖擊能；同時(shí)，大量銀紋間應(yīng)力場(chǎng)相互干擾，降低了銀紋端應(yīng)力，阻礙了 銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。該理論不能解釋橡膠增韌與韌性基體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2）銀紋-剪切帶機(jī)理：該理論認(rèn)為：橡膠粒子作應(yīng)力集中物，在外力作用下誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，吸收能量。橡膠粒子和剪切帶控制和阻止銀紋發(fā)展， 使銀紋不至于形成破壞性裂紋。3）剛性粒子增韌機(jī)理：（1）岡性有機(jī)填料（或粒子）增韌。拉伸時(shí)，基體和分散球粒楊氏模量和泊松比差別使基體 對(duì)粒子表面產(chǎn)生強(qiáng)壓力而發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，粒子發(fā)生冷流大形變，吸收塑性形

33、變能，提高材料 的韌性。（2）剛性有機(jī)填料（或粒子）增韌加入該種粒子，促使基體在斷裂過(guò)程中發(fā)生剪切 屈服，吸收大量塑性形變能，促進(jìn)基體脆-韌轉(zhuǎn)變。（3）剛性、彈性填料（或粒子）混雜填 充增韌。9、至少?gòu)?個(gè)方面對(duì)比總結(jié)脆性斷裂與韌性斷裂的區(qū)別。脆性斷裂韌性斷裂屈服不存在先屈服，再斷裂應(yīng)力-應(yīng)變曲線線性的非線性的斷裂伸長(zhǎng)率較小較大斷裂面光滑粗糙斷裂能較小較大應(yīng)力分量由張應(yīng)力分量引起由切應(yīng)力分量引起10、研究玻璃態(tài)高聚物的大形變常用什么實(shí)驗(yàn)方法，說(shuō)明高聚物中兩種斷裂類型的特點(diǎn), 并畫出兩種斷裂的典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線。研究玻璃態(tài)高聚物的大形變常用拉力機(jī)對(duì)高聚物樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。兩種斷裂類型的典 型應(yīng)力

34、-應(yīng)變曲線示于圖9-11中。11、說(shuō)明高聚物中兩種斷裂的特點(diǎn)，并畫出兩種斷裂的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線。高聚物的破壞有兩種形式：韌性斷裂和脆性斷裂。脆和韌是借助日常生活用語(yǔ)，沒(méi)有確 切的科學(xué)定義，只能根據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和斷面的外貌來(lái)區(qū)分。若深入研究，它們有以下不同。（1）韌性斷裂特點(diǎn)：斷裂前對(duì)應(yīng)塑性；沿長(zhǎng)度方向的形變不均勻，過(guò)屈服點(diǎn)后出現(xiàn)細(xì)頸； 斷裂伸長(zhǎng)（；b）較大；斷裂時(shí)有推遲形變；應(yīng)力與應(yīng)變呈非線性，斷裂耗能大；斷裂面粗糙無(wú)凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)后，一般由剪切分量引起；對(duì)應(yīng)的分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理是鏈段的運(yùn)動(dòng)。（2） 脆性斷裂特點(diǎn)：斷裂前對(duì)應(yīng)彈性；沿長(zhǎng)度方向形變均勻，斷裂伸長(zhǎng)率一般小于5% 斷裂時(shí)無(wú)推遲形變

35、，應(yīng)力-應(yīng)變曲線近線性，斷裂能耗小；斷裂面平滑有凹槽；斷裂發(fā)生在屈服點(diǎn)前；一般由拉伸分量引起的；對(duì)應(yīng)的分子機(jī)理是化學(xué)鍵的破壞。脆性斷裂與韌性斷裂的 應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖9-12。ffi 9'12宜力-應(yīng)變曲線12、聚合物的許多應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，屈服點(diǎn)和斷裂點(diǎn)之間的區(qū)域是一平臺(tái)。這平臺(tái)區(qū)域 的意義是什么？溫度升高或降低能使平臺(tái)的尺寸增加或減少？（1）平臺(tái)區(qū)域是強(qiáng)迫高彈形變，在外力作用下鏈段發(fā)生運(yùn)動(dòng)。對(duì)結(jié)晶高分子，伴隨發(fā)生 冷拉和細(xì)頸化，結(jié)晶中分子被抽出，冷拉區(qū)域由于未冷拉部分的減少而擴(kuò)大，直至整個(gè)區(qū)域 試樣處于拉伸狀態(tài)。（2）平臺(tái)的大小與溫度有很大關(guān)系。溫度較低時(shí)，聚合物是脆的，在達(dá) 到屈

36、服點(diǎn)之前斷裂，不出現(xiàn)平臺(tái)，因此溫度降低，平臺(tái)區(qū)變小。13、要使脆性較大的非晶態(tài)聚合物增韌，而又不至于過(guò)多地降低材料的模量和強(qiáng)度，采 用什么方法？舉例說(shuō)明。宜采用彈性體（橡膠）增韌的方法，使聚合物混合物或接枝共聚物形成兩相結(jié)構(gòu)，即剛 性聚合物成連續(xù)相，橡膠即為分散相。最成功的例子是高抗沖聚苯乙烯（HIPS）,它通過(guò)橡膠與聚苯乙烯接枝共聚，形成橡膠粒子分散在基體聚苯乙烯中，且橡膠粒子也包著聚苯乙烯， 而橡膠相幫助分散和吸收沖擊能量，使韌性增加，其沖擊強(qiáng)度比均聚物PS成倍增加（缺口沖擊強(qiáng)度從1J/cm增加到4.5J/cm ）。14、熔融溫度對(duì)球晶大小有什么影響？熔融溫度越高，球晶尺寸越大，因?yàn)榍蚓?/p>

37、存結(jié)構(gòu)在高溫下被破壞得越徹底，降溫時(shí)預(yù) 定核（即非均相核）就越少，于是球晶生長(zhǎng)得越大15、在橡膠下懸一砝碼，保持外界不變，升溫時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？橡膠在張力（拉力）的作用下產(chǎn)生形變，主要是熵變化，即卷曲的大分子鏈在張力的作 用下變得伸展，構(gòu)象數(shù)減少。熵減少是不穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)加熱時(shí)，有利于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使 之因構(gòu)象數(shù)增加而卷曲，所以在保持外界不變時(shí)，升溫會(huì)發(fā)生回縮現(xiàn)象。請(qǐng)問(wèn)什么是零剪切黏度（確切的定義），零剪切黏度能用來(lái)做什么？就是零剪切速率下流體的粘度表征流體的流動(dòng)性能，可以計(jì)算粘流活化能，結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)等零剪切黏度和表觀黏度有什么區(qū)別？剪切粘度：在剪切流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)產(chǎn)生的速度梯度的方向與流動(dòng)方向垂

38、直，此時(shí)流體的粘度稱 為剪切粘度表觀黏度，它只是對(duì)流動(dòng)性好壞作一個(gè)相對(duì)的大致比較。真正的黏度應(yīng)當(dāng)是不可逆的粘性流 動(dòng)的一部分，而表觀黏度還包括了可逆的高彈性變形那一部分，所以表觀黏度一般小于真正 黏度。表觀粘度又可以分為剪切黏度和拉伸黏度。之前講的零剪切粘度的定義是對(duì)的。我再講講表觀粘度。我們平時(shí)測(cè)量的粘度（一般都是在一定的剪切速率下獲得）都是表觀粘度。表觀粘度可以理 解為在一定剪切速率下，剪切應(yīng)力與切變速率的比值。二者的區(qū)別：牛頓流體的表觀粘度是等于零剪切粘度的，因?yàn)榕ｎD流體的粘度與剪切速率無(wú) 關(guān)。但是針對(duì)非牛頓流體，二者不一致。另剪切粘度是應(yīng)力和切變速率曲線在零點(diǎn)的斜率， 而表觀粘度是在曲

39、線上在一定切變速率下某點(diǎn)和零點(diǎn)連線的斜率。稠度是材料內(nèi)部摩擦的一種表現(xiàn)，液體、半流動(dòng)體、半固體和固體，抵抗剪切應(yīng)力而流動(dòng)（變形）時(shí)，其變形同應(yīng)力不成比例。一、解釋下列名詞1、零剪切粘度 2、震凝性流體3、偏應(yīng)力張量 4、Weissenberg效應(yīng)二、填空題1、 流變學(xué)是研究材料 及的科學(xué)，遵從 定律的液體稱為牛頓流體，遵從 定律的固體稱為胡克彈性體。2、 按Cauchy應(yīng)力定律，平衡時(shí)，物體所受的合外力與合外力矩均等于零，因此單位立方體平衡時(shí)剪切應(yīng)力分量Tj=（i,j=1,2,3）。若靜止液體內(nèi)只有法向應(yīng)力，無(wú)剪切應(yīng)力，則應(yīng)力分量Tj=（i刊）。3、 許多高分子濃溶液和熔體，在剪切速度不大時(shí)（

40、<103s-1）,剪切應(yīng)力與剪切速率滿足冪律方程即二 二 K n，其中n稱為，對(duì)牛頓流體，n，K=。對(duì)假塑性流體，n 。4、 高分子粘度的溫度敏感性與材料的加工行為有關(guān)。粘-溫敏感性大的材料，宜采取 降低粘度，如樹(shù)脂，纖維等。5、粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于橡膠、纖維素以及塑料來(lái)說(shuō)，該三種粘流活化能的大小順序是二、判斷題1、 牛頓流體的粘度不僅與流體分子的結(jié)構(gòu)和溫度有關(guān)，而且與剪切應(yīng)力和剪切速率有關(guān)。（）2、 觸變性流體可認(rèn)為是假塑性流體，同樣假塑性流體也一定是觸變性流體。（）3、 法向應(yīng)力差值的大小是高分子流體彈性效應(yīng)的量度。（）4、 靜止液體內(nèi)只有法向應(yīng)力，無(wú)剪切應(yīng)力，且T11 = T22=t33=-P。（）5、 由于高分子液體的流動(dòng)單元是鏈段，因此粘流活化能的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與總分子量關(guān)系不大。（）四、說(shuō)明題1、 畫岀二 -坐標(biāo)體系中牛頓流體、假塑性流體和脹塑性流體的流動(dòng)曲線，并簡(jiǎn)要說(shuō)明流動(dòng)指數(shù)變化規(guī)律。2、 以X1，X2，X3為坐標(biāo)畫出一無(wú)限流體場(chǎng)中一個(gè)單位立方體流體體積微元。標(biāo)出應(yīng)力張量的狀態(tài)分布（九個(gè)分量），并指出 法向應(yīng)力張量和剪切應(yīng)力張量五、簡(jiǎn)答題1、以“高分子構(gòu)象改變說(shuō)”簡(jiǎn)要說(shuō)明高聚物熔體的“剪切變稀”行為原因。一、填空1經(jīng)典的線性粘彈性模型 Max