高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 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。 胀塑性流体：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η∞: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、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。 10、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。 11、粘流态：是指高分子材料处于流动温度(T f)和分解温度（Ｔd)之间的一种凝聚态。 １２、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。 13、稳定流动:流动状态不随时间而变化的流动。 １４、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。 15、非牛顿性指数:幂律公式 ? =n s Kγ σ中的n是表征流体偏离牛顿流动的程度的指数，称 为非牛顿指数。
第四节聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器某些部位上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 （1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯速降低，这种聚合物称作剪性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切变稀程度是不同的，了解这一点对注塑有重要意义。 （2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口，剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 （3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定的重要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破裂。 （4）温度对粘度的影响
第一章 高聚物熔体的流变性质 主要内容：（1）液体的流动类型 （2）高分子熔体的流动特征 （3）影响高聚物熔体粘度的因素 （4）高聚物熔体弹性效应的表现 （5）高聚物熔体粘度的测量方法 难点内容：弹性效应的理解 掌握内容：（1）牛顿流体和非牛顿流体的流动特征 （2）高聚物熔体的流动特征及影响流动温度的因素 （3）影响切粘度的结构因素及外在因素 理解内容：（1）高聚物熔体的流动机理 （2）高聚物熔体弹性效应的机理、现象及影响因素 了解内容：（1）高聚物熔体粘度的测量方法 （2）拉伸粘度的基本情况 §8 高聚物的基本流变性质 §8、1流变学的基本概念简介 一、流动的方式 1、速度方向 2、速度梯度方向 剪切流动 a 库爱特（拖流动） b 泊肃叶（压力流） 拉伸流动 速度方向平行速度梯度方向 二.流体的基本类型 γγ ? ==?=?=dt d dt dy dx dy dt dx dY dv 11 (1) 牛顿流体 στ=η·γ (η为常数) 熔体结构不变 (2) 非牛顿流体 表观粘度ηa = γ τ σ?
a. 胀塑流体 n k a γ γηστ? ? ==? γ↑ ηa b. 假塑性流体 στ=ηa γn (n<1) γ↑.ηa ↓ (剪切变稀) c. στ=σb + k γn 三.假塑性流体的基本特性 习题 1.名词解释 牛顿流体 非牛顿流体 假塑性流体 胀塑性流体 Bingham 流体 零切粘度 表观粘度 熔融指数 第一法向应力差 挤出胀大 真实粘度 2.大分子流动是如何实现的？ 3.大分子流动的基本特征是什么？ 4.流体流动的基本类型有哪些？分别用τ－γ、η－γ、lg τ－lg γ、lg η－lg γ曲线示意图。 5.分析假塑性流体流动的η－γ曲线，并从分子运动论的角度给予解释。
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.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。 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η∞：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）。 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。
聚合物流变学复习题参考答 案2 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
高分子流变学复习题参考答案 一、名词解释： 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。 胀塑性流体：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η∞：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、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。 10、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。
第9章聚合物的流变性 流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学。聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，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。 9.1牛顿流体与非牛顿流体 9.1.1非牛顿流体 描述液体层流行为最简单的定律是牛顿流动定律。凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。 式中：——剪切应力，单位：牛顿/米2(N/㎡)； ——剪切速率，单位：s-1； ——剪切粘度，单位：牛顿?秒/米2(N?s/㎡)，即帕斯卡?秒(Pa?s)。 非牛顿流体：不符合牛顿定律的液体，即η是或时间t的函数。包括： １、假塑性流体(切力变稀体) η随的↗而↙例：大多数聚合物熔体 ２、膨胀性流体(切力变稠体) η随的↗而↗例：泥浆、悬浮体系、聚合物胶乳等。 ３、宾汉流体。τ<τy，不流动；τ>τy，发生流动。 按η与时间的关系，非牛顿流体还可分为： （1）触变体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而减小。 （2）流凝体：维持恒定应变速率所需的应力随时间延长而增加。 牛顿流体，假塑性流体与膨胀性流体的应力－应变速率关系可用幂律方程来描述： 式中：K为稠度系数 n：流动指数或非牛顿指数
n＝1时，牛顿流体 k＝η； n>1 时，假塑性流体； n<1 时，膨胀性流体。 定义表观粘度 9.2聚合物的粘性流动 9.2.1聚合物流动曲线 聚合物的流动曲线可分为三个主要区域： 图9-1 聚合物流动曲线 １、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。 该区的粘度通常称为零切粘度，即的粘度。 ２、假塑性区(非牛顿区) 流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。 通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。 ３、第二牛顿区 在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。 从聚合物流动曲线，可求得ηo、η∞和ηa。 聚合物流体假塑性行为通常可作下列解释： １、从大分子构象发生变化解释； ２、从柔性长链分子之间的缠结解释； 9.2.2聚合物流体流变性质的测定方法 测定粘度主要方法：落球粘度计法、毛细管粘度计法、同轴圆筒转动粘度计法和锥板转动粘度计法。
聚合物流变性能测试-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线（σ-γ曲线）转换为其他形式流动曲线（lg σ-lgγ）、（lgη-lgγ）的方法。 3、掌握非牛顿指数n的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。 二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率γ：10-2～105s-1 )。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器：德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料：PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下 第一组：PE，170℃，175℃，180℃，185℃。 第二组：PE，185℃，190℃，195℃，200℃。 第三组：PP，190℃，195℃，200℃，205℃。 第四组：PP，205℃，210℃，215℃，220℃。 五、操作步骤 1、开机 打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“Refere nce drive”； 2) 点击“Reference drive”进入操作界面。 2、程序设定 包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置， 3、测试膛升温 编辑测试程序后，点击“parameter send”，开始升温，待温度达到测试温度并恒温10-15分钟； 4、毛细管安装 安装毛细管过程中，毛细管上的销钉必须在上方，安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧，再退回2圈，等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧，扭矩扳手扭矩值设定为60N·m，PVT测试时设定为80 N.m； 5、压力传感器安装
1. 一个纸杯装满水置于桌面上，用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出， 杯子仍位于桌面不动。如果杯里装的是高聚物溶液，这次子弹把杯子打出8米远，解释之。 答：低分子液体如水的松弛时间是非常短的，它比子弹穿过杯子的时间还要短，因而虽然子弹穿过水那一瞬间有黏性摩擦，但它不足以带走杯子。 高分子溶液的松弛时间比水大几个数量级，即聚合物分子链来不及响应，所以子弹将它的动量转换给这个“子弹－液体－杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。 2. 已知增塑PVC 的Tg 为338K ，Tf 为418K ，流动活化能 ，433K 时的粘度为5Pa. s 。求此增塑PVC 在338K 和473K 时的粘度各为多大？ 答：在 围，用WLF 经验方程计算 又因为473K>Tf ，故用Arrhenius 公式计算， 或 3. 溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高 而升高，怎样理解？ 答：在常温下，线团密度很大时，随温度升高，线团趋向松解，粘度增高。 在良溶剂中线团密度已经很小，随着温度的升高，线团密度变化不大，粘度降低。 4. 为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型? 分子量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提高，粘度比窄分布的试样低。 5. 为什么高分子熔体的表观粘度小于其真实粘度？ 6. 不受外力作用时橡皮筋受热伸长；在恒定外力作用下，受热收缩，试用高弹性热力学理论解释. 答：（1）不受外力作用，橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分子的热运动。 （2）恒定外力下，受热收缩。分子链被伸长后倾向于收缩卷曲，加热有利于分子运动，从而利于收缩。其弹性主要是由熵变引起的，Tds fdl =-中，f ＝定值，所以，0dl T ds f =-< 即收缩，而且随T 增加，收缩增加。 7、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？ 解：橡胶在力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。 9. 今有B-S-B 型、S-B-S 型及S-I-S 型、I-S-I 型四种嵌段共聚物, 其中哪些可作热塑性橡胶，为什么? (B 代表丁二烯，I 代表异戊二烯) 答：只有S-B-S 和S-I-S 两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶，其余两种不行。因为S-B-S 和S-I-S 的软段在中间，软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于用化学键交联的橡胶，形成了对弹性有贡献的有效链——网链。而B-S-B 和I-S-I 软段在两端，硬段在中间。软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的端链，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以，这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。 10. 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131.8-?=?mol kJ E ηC T T g g 100+-3015.11)338433(6.51)338433(44.17log 433-=-+--=g T ηη004.123015.115log log =+=g T ηs Pa g T ?=∴1210ηRT E e /0ηηη?=8226.0)43331.81031.8exp()47331.81031.8exp(33)433()473(=????=ηηs Pa ?=?=∴1.48226.05)473(η
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！ 1页 第九章 聚合物的流变性 一、 概念 1、牛顿流体： 2、非牛顿流体： 3、假塑性流体： 4、表观粘度： 5、韦森堡效应（包轴效应）： 6、巴拉斯效应（挤出物胀大现象）： 二、选择答案 1、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（ C ）。 A 、PE B 、PP C 、PC D 、PB 2、大多数聚合物熔体在剪切流动中表现为（B ）。 A 、 宾汉流体， B 、假塑性流体， C 、膨胀性流体， D 、牛顿流体 3、聚合物的粘流活化能一般与（D ）有关。 A 、温度 B 、切应力 C 、切变速率 D 、高分子的柔顺性 4、下列四种聚合物中，粘流活化能最大的为（ D ）。 A 、高密度聚乙烯， B 、顺丁橡胶， C 、聚二甲基硅氧烷， D 、聚苯乙烯 5、对于同一种聚合物，在相同的条件下，流动性越好，熔融指数MI 越（A ）；材料的耐 热性越好，则维卡软化点越（ A ）。 A 、高、高 B 、低、低 C 、高、低 D 、低、高 6、 下列方法中不能测定聚合物熔体粘度的是：（C ） A 、 毛细管粘度计 B 、旋转粘度计 C 、乌氏粘度计 D 、落球粘度计 三、填空题 1、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 < 1。 2、聚合物熔体的弹性响应包括有 维森堡效应 ， 巴拉斯效应 与 不稳定流动和熔体破裂 。 3、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。 四、回答下列问题 1、就流动性而言，PC 对温度更敏感，而PE 对切变速率更敏感，为什么？ 2、示意绘出聚合物熔体在宽切变速率下的流动曲线，并用缠结理论作出解释。 3、为什么涤纶采用熔融纺丝方法，而腈纶却采用湿法纺丝？ 由于聚丙烯腈的熔点很高（318℃），分解温度（220℃）低于熔点，所以不能用熔融纺丝。由于聚对苯二甲酸乙二酯的熔点为260~270℃，低于分解温度（约为350℃）， 可用熔融纺丝。 4、简述聚合物流体产生挤出物胀大效应的原因，以及温度、剪切速率和流道长径比对胀大的影响。 五、计算题 1、一种聚合物在加工中劣化，其重均分子量从1×106下降到 8×105。文加工前后熔融粘度之比是多少？ 2、聚甲基丙烯酸甲酯试样，已知240o C 时粘度为200Pa·s ，试估算250o C 时和230o C 时的粘度。（已知聚甲基丙烯酸甲酯的粘流活化能为184kJ/mol ，T g 为100o C ）
流变学在聚合物研究中的应用 概述 高分子熔体的流变行为是由其长链分子的拓扑结构决定的。当高分子主链上引入一定数量和长度的支链后，其粘弹性质与线形高分子会有明显不同。长链支化聚合物剪切条件下会表现出与线形高分子类似的应变软化，但由于支链的限制将有更长的末端松弛时间,并在拉伸条件下表现出与线形高分子完全不同的应变硬化松弛过程。支化对聚合物粘弹性质的影响，无论对工业界还是科学研究都是一个十分重要和基础的课题。近年来的一系列研究表明：一方面通过引入相同或相似结构单元的长支链可以明显提高聚合物的熔体强度(这对于熔融纺丝、吹膜等熔体拉伸加工过程是十分有利的)；另一方面也可以通过含有特征官能团支链的引入对聚合物进行改性，提高其光学、热学和力学性能。目前，随着控制聚合反应和机理研究的进一步深入，人们已能够直接得到各种具有明确拓扑结构的支化聚合物,如梳形[1]、星形、H形聚合物[2]等,这对支化聚合物流变学的深入研究与探索起了极大的推动作用。 与线形高分子不同,支化高分子熔体是热流变复杂的,其流变学特性主要表现在: (1)支化减小了高分子的流体力学体积,降低了零切粘度,支链松弛过程的加入使得整个高分子的末端松弛时间延长; (2)长链支化聚合物在拉伸过程中会表现出明显的应变硬化,并使得时- 温叠加原理不再有效; (3)支化高分子的拓扑结构对其整个松弛过程有显著的影响,支化密度和支链长度存在临界值,超过此临界值,支链松弛过程将会清晰地反映在动态粘弹谱上; (4)支化聚合物流变行为的温度依赖性是复杂的,多数支化聚合物的流变行为比相应线形聚合物有更强的温度依赖性,但也有一些支化聚合物和其相应线形高分子具有同样的温度依赖性,如聚异丁烯。 本文简介流变学在不同聚合物研究中的应用，并对流变学的发展方向做了展望。 1、流变学在聚乙烯研究中的应用 聚乙烯基本分为三大类,即低密度聚乙烯(LDPE)!高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)，三种聚乙烯分子结构见图如下
第一章 绪 论 1． 流变学概念 流变学——研究材料流动及变形规律的科学。 高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。 图1-1 液体流动与固体变形的一般性对比 Newton’s 流动定律 γ ησ 0= 牛顿流体 H ooke’s 弹性定律 εσE = 虎克弹性体 实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。如沥青、粘土、橡胶、石油、蛋清、血浆、食品、化工原材料、泥石流、地壳，尤其是形形色色高分子材料和制品，它们既能流动，又能变形；既有粘性，又有弹性；变形中会发生粘性损耗，流动时又有弹性记忆效应，粘弹性结合，流变性并存。
对于这类材料，仅用牛顿流动定律或虎克弹性定律已无法全面描述其复杂力学响应规律，必须发展一门新学科——流变学对其进行研究。 流变性实质——“固-液两相性”，“粘弹性”并存。 这种粘弹性不是小变形下的线性粘弹性，而是材料在大变形、长时间应力作用下呈现的非线性粘弹行为。 流动与变形又是两个紧密相关的概念。在时间长河中，万物皆流，万物皆变。流动可视为广义的变形，而变形也可视为广义的流动。两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同。按地质年代计算，坚硬的地壳也在流动，地质学中著名的“板块理论”揭示了亿万年来地球大陆板块的变化和运动。另一方面，如果以极快的速度瞬间打击某种液体时，甚至连水都表现了一定的“反弹性”。 1928年，美国物理化学家E.C.Bingham正式命名“流变学（rheology）”，字头取古希腊哲学家Heraclitus所说的“ ”，意即万物皆流。1929年成立流变学会，创办流变学报（Journal of Rheology），一般将此认为流变学诞生日。 流变学是一门涉及多学科交叉的边缘科学。 高分子材料流变学的研究内容与高分子物理学、高分子化学、高分子材料加工原理、高分子材料工程、连续体力学、非线性传热理论等联系密切；其研究对象的力学、热学性质相当复杂。
聚合物流变性能测试 一、实验目的 1、熟悉和了解RHEOGRAPH25 型流变仪的工作原理及操作方法。 2、掌握将计算机输出流动曲线（（T - Y曲线）转换为其他形式流动曲线（lg （T -lg Y）' （lg n -lg Y）的方法。 3、掌握非牛顿指数n 的计算方法。 4、掌握利用Arrhenius 方程计算粘流活化能E n 的方法。 二、RHEOGRAPH25 型流变仪工作原理 毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽（剪切速率丫：10-2?105S-1 ）。 毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P,由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力T 和剪切速率Y 与压力、熔体流率的关系。仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。 三、实验仪器及材料 仪器：德国高特福RH25 型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。 原料：PE、PP 四、实验内容 测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下 第一组：PE,170C,175C,180 C,185 C。 第二组：PE,185C,190C,195 C,200 C。 第三组：PP,190 C,195 C,200 C,205 C。 第四组：PP,205 C,210 C,215 C,220 C。 五、操作步骤 1 、开机打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“ Reference drive；”2）点击“ Referenee drive进入操作界面。 2、程序设定包括测试温度、熔融时间、活塞速度、毛细管的尺寸选择等参数的设置， 3、测试膛升温 编辑测试程序后，点击“ parameter send,'开始升温，待温度达到测试温度并恒温10-15分钟； 4、毛细管安装 安装毛细管过程中, 毛细管上的销钉必须在上方, 安装时四个固定螺丝加抗磨糊后拧紧, 再退回2圈，等候5-10分钟后再用扭矩扳手拧紧，扭矩扳手扭矩值设定为60N?m, PVT测试时设定为80 N.m ； 5、压力传感器安装 选择合适的压力传感器,涂抹抗磨糊后小心插入压力传感器孔,用扳手拧紧后再退回2圈, 等候5-10分钟待温度均匀后再拧紧,插上连接线； 6、校准零点 当插接上力传感器连接线时, 仪器显示屏会自动弹出校准界面, 进行传感器零点校准, 或者点击“service ”一" calibrate行校准； 7、加料
第四章 高分子流变本构方程的分子理论 采用分子论方法研究高分子液体的流变性质，首先要抓住高分子材料是由一些长度不同的链组成，每根链又由一系列单体单元构成的事实，研究分子链的结构细节、分子链构象及运动特性对材料流变性质的影响，阐明材料在链段和分子链层次的结构参数与材料流变特性的内在联系。 根据研究的材料对象不同，分子论路线对高分子稀溶液、亚浓溶液及浓厚体系（浓溶液及熔体）分别有不同的模型和处理方法。 所谓稀溶液，指溶液中各个分子链线团及其所属的流体力学体积（排除体积）相互无重迭，不发生作用。主要研究一条孤立链的粘弹性理论。研究结果已相当成功。 所谓浓厚体系，指分子链之间已发生聚集和相互作用，最典型的为发生了分子链间的缠结（entanglement coupling ）。由于缠结的本质至今尚不明确，为研究带来很大困难。de Gennes 和Doi-Edwards 等人分别建立了“蠕动模型”和“管道模型”，将多链体系简化为一条受到约束的单链体系，从而使问题的处理得以简化，得到了很有价值的结果。目前国际上对高分子链的缠结多用“蠕动模型”加以处理，已应用于诸如流动、扩散、弛豫、熔体结晶、相分离动力学等问题。 1． 高分子稀溶液和浓厚体系 按照现代高分子凝聚态物理的观点，高分子液体可以按照浓度大小及分子链形态的不同分为以下几种状态：高分子极稀溶液、稀溶液、亚浓溶液、浓溶液、极浓溶液和熔体（见图4-1）。 高分子极稀溶液 → 稀溶液 → 亚浓溶液 → 浓溶液 → 极浓溶液和熔体 分界浓度： s C *C e C **C 浓度范围： ～10-2% ～10-1% ～0.5-10% ～10 图4-1 高分子溶液及其分界浓度 接触浓度*c ：稀溶液和亚浓溶液的分界浓度； 缠结浓度e c ：亚浓溶液和浓溶液的分界浓度； 动态接触浓度s c ：极稀溶液和稀溶液间的分界浓度。
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.端末效应：流体在管子进口端一定区域内剪切流动与收敛流动会产生较大压力降，消耗于粘性液体流动的摩擦以及大分子流动过程的高弹形变，在聚合物流出管子时，高弹形变恢复引起液流膨胀，管子进口端的压力降和出口端的液流膨胀都是与聚合物液体弹性行为有密切联系的现象。 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η∞：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）。 10、拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道
聚合物的流变性能 一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。这时可把熔体看成连续介质，在机器 某些部位 上，如螺杆，料筒，喷嘴及模腔流道中形成流场。在流场中熔体受到应力，时间，温度 的联合作用发生形变或流动。这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切 的联系。 处于层流状态下的聚合物熔体，依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型 流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。 1 关于流变性能 （1）剪切速率，剪切应力对粘度的影响 通常，剪切应力随剪切速率提高而增加，而粘度却随剪切 速率或剪切应力的增加而下降。 剪切粘度对剪切速率的依赖性越强，粘度随剪切速率的提高而讯 速降低，这种聚合物称作剪 性聚合物，这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征，但不同聚合物 剪切变稀程度是不同的，了 解这一点对注塑有重要意义。 （2）离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时，熔体流的直径，大于流道出口的直径，这种现象称为离模膨胀 效应。 普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应，粘弹效应要影响膨胀比的大小，温 度，剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹 性反映，这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。 在纯剪切流动中法向效应是较小的。粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。流 道的影响；假如流道长度很短，离模效应将受到入口效应的影响。这是因为进入浇口段的熔体要 收剑流动，流动正处在速度重新分布的不稳定时期，如果浇口段很短，熔体料流会很快地出口， 剪切应力的作用会突然消失，速度梯度也要消除，大分子发生蜷曲，产生弹性恢复，这会使离模 膨胀效应加剧。如果流道足够长，则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。这时影响离模膨胀 效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。 （3）剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区：低剪切速率区，在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢 复，所以表现出粘度不变的牛顿特性。中剪切区，随着剪切速率的提高，高分子链段缠结被顺开 且来不及重新恢复。这样就助止了链段之间相对运动和内磨擦的减小。可使熔体粘度降低二至三 个数量级，产生了剪切稀化作用。在高剪切区，当剪切速率很高粘度可降至最小，并且难以维持 恒定，大分子链段缠结在高剪切下已全部被拉直，表现出牛顿流体的性质。如果剪切速率再提 高，出现不稳定流动，这种不稳定流动形成弹性湍流熔体出现波纹，破裂现象是熔体不稳定 要标志。 当剪切速率达到弹性湍流时，熔体不仅不会继续变稀，反而会变稠。这是因为熔体发生破 裂。 4）温度对粘度的影响 粘度依赖于温度的机理是分子链和“自由体积”与温度之间存在着关联。当在玻璃化温度以 下时，自由体积保持恒定，体积随温度增长而大分子链开始振动。当温度超过玻璃化温度时，大 链段开始移动，链段之间的自由体积增加，链段与链段之间作用力减小，粘度下降。不同的聚合 物粘度对温度的敏感性有所不同。 （5）压力对粘度的影响 聚合物熔体在注塑时，无论是预塑阶段，还是注射阶段，熔体都要经受内部静压力和外部动 压力的联合作用。保压补料阶段聚合物一般要经受 1500~2000kgf/cm2 压力作用，精密成型可高达 4000kgf/cm2, 在如此高的压力下，分子链段间的自由体积要受到压缩。由于分子链间自由体积减 小，大分第四节 的重