高分子流變學(xué)

1、流變考點(diǎn)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(guò)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(rùn)滑假定：把原來(lái)物料在xy平面的二維流動(dòng)，在一段流道內(nèi)簡(jiǎn)化成為只沿x方向的一維流動(dòng)，這種簡(jiǎn)化假定稱為。 4. 剪切變?。合嗤瑴囟认?，高分子液體，在流動(dòng)過(guò)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(dòng)曲線上某一點(diǎn)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(shí)，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(dòng)時(shí)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(duì)溫度的依賴性，E越大，粘度對(duì)溫度的依賴性越強(qiáng)，溫度升高，其粘度下降得越多。8. 法向應(yīng)力差：兩個(gè)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(lái)描寫材料彈性形變行為。9. 零切黏度：剪切速率接近于0時(shí)，非牛頓流體對(duì)應(yīng)的粘度值。 10. 表觀粘度：流動(dòng)曲線上某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率11. 彎流誤差：高分子液體流經(jīng)一個(gè)彎形流道時(shí)，液體對(duì)流道內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁的壓力，會(huì)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(guò)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(dāng)前剪切速率很高時(shí)，剪切粘度會(huì)趨于一個(gè)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(dòng)粘度隨外力作用時(shí)間長(zhǎng)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(duì)運(yùn)動(dòng)。16. Tg：玻璃化溫度，分子鏈段運(yùn)動(dòng)，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(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)規(guī)律的液體，剪切流

4、動(dòng)時(shí)，內(nèi)部只有剪切力，無(wú)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(dòng)及變形規(guī)律的科學(xué)。22. 軟物質(zhì)：對(duì)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(shí)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(shí)存能量，形變恢復(fù)時(shí)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(shí)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(shí)，當(dāng)擠出速度過(guò)高，超過(guò)某一臨界剪切速率時(shí)，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，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(wú)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(duì)流變儀中的液體施以一定的外力，使其形變，然后在一定時(shí)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(lái)，其中可恢復(fù)形變量Sr表征流體在形變過(guò)程中儲(chǔ)存彈性能的大小。 30. Bagley修正：保持壓力梯度不變，將毛細(xì)管（完全發(fā)展流動(dòng)區(qū)）延長(zhǎng)，并將入口區(qū)的壓力降等價(jià)為在虛擬延長(zhǎng)長(zhǎng)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(guò)程的穩(wěn)定性，定義一個(gè)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(duì)Newton流體，n =1，K =0；對(duì)假塑性流體，n MwMyMn5.一般小分子液體的流動(dòng)單元是小分子，高分子熔體的流動(dòng)單元不是大分子整鏈，而是鏈段。高分子流動(dòng)是通過(guò)鏈段的相繼運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。6.列舉四種高分子液體黏度的測(cè)量方法毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)子型流變儀、落球式粘度計(jì)、混煉機(jī)型轉(zhuǎn)矩流變儀。7.零剪切黏度表觀粘度無(wú)窮剪切速率粘度 8.剪切速率 注射擠出混煉 9.螺桿擠出機(jī)大體可分為三段 加料段，壓縮段，計(jì)量段。10.高分子奇異流變現(xiàn)象：高粘度與剪切變稀行為、Weiss

7、enberg效應(yīng)、擠出脹大現(xiàn)象、不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象、無(wú)官虹吸拉伸流動(dòng)和可紡性、各種次級(jí)流動(dòng)、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(wú)窮剪切粘度 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(kuò)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(shí)是剪切粘度的3倍，雙軸拉伸時(shí)是剪切粘度的6倍。15.一維的均勻拉伸流場(chǎng)中，流體的流動(dòng)方向，同時(shí)也是其速度梯度方向。16.在溫度范圍是TTg+100時(shí)，高聚物熔體的粘溫關(guān)系

8、可用Arrhenius方程來(lái)描述；在溫度范圍是TgTg+100時(shí)，高聚物熔體的粘溫關(guān)系可用WLF方程來(lái)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(jì)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(dòng)速率測(cè)定儀則可歸為恒壓毛細(xì)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(guò)程中的物料通常簡(jiǎn)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

9、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(jiǎn)答1 簡(jiǎn)述bagley校正 為了從測(cè)得的壓力差p準(zhǔn)確的求出完全發(fā)展流動(dòng)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(xì)管虛擬的延長(zhǎng) 并將入口區(qū)的壓力降等價(jià)位在虛擬延長(zhǎng)長(zhǎng)度上的壓力降 2 舉例說(shuō)明那些高分子熔體粘度對(duì)溫度更敏感 那些對(duì)剪切力更敏感 高分子熔體粘度對(duì)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(qiáng)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(shù)脂等 分子量大的柔性分子鏈 在剪切流場(chǎng)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(duì)切應(yīng)力敏感性較大 3 熔

10、體在擠出機(jī)勻化計(jì)量段的流動(dòng)可分為幾種流動(dòng)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(fù)流量 大小取決于壓差p和物料粘度 4簡(jiǎn)述高分子共混體系的共混原則和判斷相容性的試驗(yàn)方法 極性相匹配原則表面張力相近原則擴(kuò)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(jiǎn)要說(shuō)明高分子材料粘流態(tài)的特征和流動(dòng)機(jī)理 特征 宏觀 在外力場(chǎng)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(shí)大分子鏈能產(chǎn)生中心位移的整鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)流動(dòng)機(jī)理 粘流態(tài)下大分子流動(dòng)的基本單元不是大分子整臉 而是鏈段 分子整鏈的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是通過(guò)鏈段的

11、相繼運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的6 如何抑制擠出成型過(guò)程中的熔體擠出破裂行為 適當(dāng)改造入口區(qū) 將入口角減小為喇叭口型時(shí) 擠出物外觀有明顯改善對(duì)于LDPE型熔體 抑制造成熔體破裂現(xiàn)象的根源在于入口區(qū)的流線擾動(dòng) 因而定型長(zhǎng)度越長(zhǎng) 擠出物外觀反而不好 工藝過(guò)程的特征時(shí)間加長(zhǎng) 或縮短材料的特征松弛時(shí)間熔體溫度升高粘度下降 會(huì)使松弛時(shí)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(bǔ)強(qiáng)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(dòng)性減弱，流動(dòng)指數(shù)n值升高3）一般用量越多，粒徑越細(xì)，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

12、內(nèi)部的微空隙，使材料內(nèi)部應(yīng)力集中點(diǎn)增加，導(dǎo)致破壞過(guò)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(tuán)，減少分子鏈間相互作用力，使Tg 和 Tg 降低，粘度減??；2）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(jī)穩(wěn)定工作的條件 物料在螺桿部分的流動(dòng)狀態(tài)必須與在機(jī)頭口型區(qū)的流動(dòng)狀態(tài)相匹配，要求通過(guò)螺桿部分的流量與通過(guò)機(jī)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(jī)頭口型區(qū)的壓力降相等獲得物料穩(wěn)定擠出的

13、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(dāng)減少螺桿深度h和減少幾桶與螺桿的間隙 3， 調(diào)節(jié)機(jī)頭流通系數(shù)4， 適當(dāng)降低擠出速度5， 適當(dāng)增加螺桿長(zhǎng)度9簡(jiǎn)述毛細(xì)管流變儀的構(gòu)造和測(cè)量原理 其核心部分為一套精致的毛細(xì)管，具有不同的長(zhǎng)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(dòng)的柱塞。物料經(jīng)加熱變?yōu)槿垠w后，在柱塞高壓作用下強(qiáng)迫其從毛細(xì)管擠出，由此測(cè)量物料的粘彈性。根據(jù)測(cè)量原理不同，毛細(xì)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(cè)的量為毛細(xì)管兩端的壓差。恒壓型儀器預(yù)置柱塞前進(jìn)壓力為恒定，待測(cè)量為物料的擠出速度。如何校正毛細(xì)管流

14、變儀的入口區(qū)壓力損失對(duì)測(cè)量的影響為了從測(cè)得的壓力差p準(zhǔn)確的求出完全發(fā)展流動(dòng)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(xì)管虛擬的延長(zhǎng) 并將入口區(qū)的壓力降等價(jià)位在虛擬延長(zhǎng)長(zhǎng)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(cè)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(wú)級(jí)調(diào)速，記錄轉(zhuǎn)矩、溫度隨時(shí)間的變化?？煞奖愕哪M塑煉、混煉、擠出、吹膜等工藝過(guò)程。借以衡量、評(píng)價(jià)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。

15、可以給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有：轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化曲線，溫度隨時(shí)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，反映性加工中的反映程度，流動(dòng)與材料交聯(lián)的關(guān)系，流動(dòng)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(dòng)，質(zhì)量守恒定律在流體中的體現(xiàn)。運(yùn)動(dòng)方程動(dòng)量守恒律流體元流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量的變化有三種外力的貢獻(xiàn)，是壓力、粘彈力和重力。重力忽略不計(jì)，流動(dòng)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(dòng)過(guò)程中體系能量的變化，取決于與外界

16、的熱交換和功交換。對(duì)于粘彈性流體而言，功交換既包括粘性力貢獻(xiàn)也包括彈性力貢獻(xiàn)。12 闡述高分子熔體發(fā)生流動(dòng)不穩(wěn)定甚至熔體破裂現(xiàn)象的機(jī)理。 造成熔體破裂現(xiàn)象的機(jī)理十分復(fù)雜，肯定地說(shuō)，它與熔體的非線性粘彈性、與分子鏈在剪切流場(chǎng)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(diǎn)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(dāng)外力作用速率很大，外界賦予液體的形變能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出液體可承受的極限時(shí)，多余能量將以其它形式表現(xiàn)出來(lái)，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

17、 在口模死角處存在環(huán)流或渦流 當(dāng)剪切速率crit后，入口區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)烈的拉伸流，強(qiáng)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 又恢復(fù)穩(wěn)定流動(dòng)，然后再一次集中彈性形變能，再一次流線斷裂。 Hepe型 流動(dòng)時(shí)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(shí) 擠出正常 流速增高到一定程度時(shí) 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(shí)，擠出物光滑，速率極高時(shí)，擠出物無(wú)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(shí)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

18、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(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)，稱為P點(diǎn)應(yīng)力張量。 所有Tij（ij；i，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(shí)質(zhì)是粘滯力或內(nèi)摩擦力，法向力的實(shí)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(wú)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(duì)假塑性流體，

19、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(qiáng)；n與1之差，反映了材料非線性性質(zhì)的強(qiáng)弱。 15 什么是化學(xué)流動(dòng)？為何高分子加工過(guò)程中一般要避免化學(xué)流動(dòng)？ 化學(xué)流動(dòng)：在強(qiáng)外力場(chǎng)作用下，大分子發(fā)生了機(jī)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(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中，自由基又能進(jìn)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(dá)到動(dòng)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(dòng)機(jī)理，化學(xué)流動(dòng)幾乎不存在。 16請(qǐng)闡述粘流活化能的物理意義？參考教材，說(shuō)明粘流活化能的計(jì)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(dòng)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(gè)判據(jù)。 Lg0（T）=lgK+E/2.303RT 在不同溫度下測(cè)量零剪切粘度0（T）值，以lg0（T）對(duì)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。注意零剪切粘度0（T）往往不易從實(shí)驗(yàn)求得，采用表觀粘度a（T）來(lái)代替。不同溫度下的a（T）值應(yīng)該是同一剪切速率或同一剪切應(yīng)力下的表觀粘度值。在TgTg+100范圍內(nèi)，不再符