聚合物流变学习题库 联系客服

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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 ? E ? ? 8 . 31 kJ ? 1 ?mol,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 T ? 范围内,用WLF经验方程计算 g?Tg?100C??17.44(433?338)

log433???11.3015 ?Tg51.6?(433?338)12 ???10Pa?sTglog?Tg?log5?11.3015?12.0048.31?103

exp()??E/RT(473)8.31?473?又因为473K>Tf,故用Arrhenius公式计算, ? ? ? 或 ??0.822630e8.31?10?(433) ??(473)?5?0.8226?4.1Pa?sexp()8.31?4333. 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,

dl??Tdsf?0 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:橡胶在张力(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张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,有利于单键的内旋转,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

高。这两个事实有矛盾吗?为什么?

答: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。这两个事实不矛盾。

原因:1) E?3?RTMc,T升高,高分子热运动加

????t低温高温剧,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的松弛时间,这个松弛过程在高温时比较快,而

lgt0lgt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

11. 为什么说实际橡胶弹性中带粘性,高聚物粘性熔体中又带弹性?列举它们的具体表现。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小制品中的弹性成分?

答:实际橡胶弹性中带粘性的原因:外力作用下分子链的质心发生位移,需克服内摩擦力,是不可逆形变。表现形式:蠕变、应力松弛、滞后与内耗。减少橡胶的粘性:减少分子链质心位移,如引入刚性成分,适度交联等。

高聚物粘性熔体带弹性的原因:分子链质心的迁移是通过链段的协同运动实现的,外力去除后,通过链段的运动不可避免的要恢复一部分,表现出弹性。高聚物粘性熔体带弹性的表现:法向应力效应、 挤出物胀大、不稳定流动等。减小成型制品中的弹性成分:提高熔体温度;降低挤出速率;降低分子量,减小分子量分布;增加毛细管直径,增加口模长径比;将出口设计为流线形等。

12. 为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好? 说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。

答:双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高,韧性也提高,而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。(2分) 解释原因:

1) 取向后,高分子链沿取向方向排列,原子间以化学键结合为主,而未取向方向上原子

间以范德华力为主;

2) 材料在拉伸取向的过程中,能通过链段运动,使局部高应力

?区发生应力松弛,使材料内的应力分布均化,这也是取向后

3强度提高的原因之一。(可不答)

23) 取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此,当1材料的断裂强度随取向程度提高时,材料的脆化温度下降(如

图). 未拉伸普通有机玻璃的Tb在室温附近,而双轴拉伸定向有机玻璃的Tb低于室温。拉伸度足够高时,Tb可下降到

-40℃。因此,在常温下,双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区,不仅强度比普通有机玻璃的高,而且韧性也好得多。

13. 如果把高分子材料在熔点或玻璃化以下进行退火处理,其蠕变速度有何变化? 为什么? 14. 聚合物在玻璃化转变区域出现一个内耗峰,为什么?

15. 何谓高弹形变和强迫高弹形变? 有何异同?出现强迫高弹形变的条件是什么? 16. 能否说“温度愈高,蠕变速率和应力松弛速率愈快”?

17. 高聚物的应力松驰现象,就是随着时间的延长,应力逐渐衰减到零的现象。该说法正确

?y?bTb3Tb2Tb1T

否?

18. 试述聚合物分子量对流动活化能和熔体切粘度的影响。流动活化能与熔体切粘度的温度敏感性之间有什么关系?如何求聚合物的流动活化能。

19. 在塑料挤出成型中,如发现制品出现竹节形、鲨鱼皮一类缺陷,在工艺上应采取什么措施消除这类缺陷。

20. 若在室温下(25℃)对橡皮筋(轻度交联橡胶)施加一适当的重物,试用曲线和公式表明其形变随时间的变化;今若提高试验时的温度(35℃)进行同样的试验,其形变随时间的变化会有何不同,解释之

21. 在楼板上安装振动装置时,若楼板与机座间安放橡皮楼板的振动大大减弱或完全消失,为什么?

22. 已知聚甲基丙烯酸甲酯的应力松弛模量E(t)-T曲线如题5-3图所示,画出图中由▲指示状态下应力-应变行为(其它测试条件同)。

为了降低高分子熔体的粘度,

对于刚性料:增加螺杆转速和柱塞压力(×) 提高体系的温度()

对于柔性料:提高料筒的温度(×)

提高螺杆转速和柱塞压力()

第一章习题

1. 什么是流变学(Rheology)?

流变学是力学的一个分支,它主要研究材料在外界作用下(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等) 的流动和变形的一门科学。

2. 流变性实质——“固-液两相性”,“粘弹性”并存。

3. 聚合物流变学——研究高分子液体,主要指高分子熔体与高分子溶液,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。

4. 软物质(Soft matter)也称软凝聚态物质(Soft condensed matter),是处于固体和理想流体之间的一类凝聚态物质,一般由大分子或基团组成,如液晶、聚合物、胶体、生物膜、泡沫、颗粒物质、两亲分子等,这类物质相对于弱的外界影响(如施加给物质瞬间的或微弱的刺激),能作出相当显著的响应和变化。

5. 流变学研究对象:软物质; 聚合物流变学研究对象:高分子溶液、高分子熔体、聚合物基复合体系。

软物质:弱力引起大变化

6. 聚合物流变学的研究方法:结构流变学、加工流变学(唯象性流变学)、实验流变学 7. 聚合物流变特点:多样性 、高弹性 、时间依赖性:

8. 聚合物主要流变行为:粘性流动、类橡胶弹性、胡克弹性、粘弹性、塑性形变和断裂特性

9. 聚合物的结构特点

? ①高分子的链式结构:由很大数目(103-105 )的结构单元组成。

? ②高分子链的柔顺性:链的内旋转产生非常多的构象,使主链弯曲而具有柔性。 ? ③高分子结构的多分散性,不均一性。

? ④凝聚态结构复杂:晶态(球晶、串晶、单晶、伸直链晶)、非晶态、液晶态结构、

取向态结构等。

第三章线性粘性与非线性粘性习题 一、 基本概念

1. 流体、层流、湍流、牛顿流体、非牛顿流体、宾汉塑性体、假塑性流体、表观粘度、触

变体、流凝体、

1、 非牛顿流体;牛顿流体;粘流温度 2、 表观粘度;无穷大剪切粘度;零切粘度 3、 熔融指数;门尼粘度;幂律定律 4、 触变体;流凝体 5、 拉伸粘度;动态粘度

6、 巴拉斯效应;韦森堡效应;熔体破裂现象;挤出物胀大比;挤出物胀大现象 二、 判断题

1. 粘流温度与外力大小和外力作用时间有关(Y) 2. 聚合物的分子量大小对其玻璃化温度影响不大。Y 3. 分子量增加,Tf增大。Y

4. 对Bingham塑性体,当切应力小于屈服应力时,其形变行为类似于虎克弹性体。Y 5. 凡触变体均可视为剪切变稀的假塑性体,但假塑性体未必为触变体;同样,凡震凝体均

可视为剪切变碉的胀流体,但胀流性体未必为震凝体。 选择与填空题:

1, 随分子量的增加,Tf和 E 的变化趋势( ) a,Tf增加, E 基本不变; b,Tf增加, E 增加; c,Tf基本不变; E 基本不变

2、聚合物成型加工中,要减小柔性高分子的表观粘度,?需提高剪切速率; 而要减小刚性链高分子的表观粘度,?则提高温度更为有效( ) 3、高聚物的粘流活化能越高,其( ) a.分子间作用力越小 b.分子链越柔顺 c.分子链越刚硬或者分子间作用力越大

4、随分子量的增加,Tf和ΔEη的变化趋势

a、Tf增加,ΔEη基本不变;b、Tf增加,ΔEη增加; c、Tf基本不变,ΔEη基本不变。 5、高聚物的粘流活化能越高,其( )

a、分子间作用力越小;b、分子链越柔顺

6、下列聚合物中,熔体粘度对温度最敏感的是( )。 A、PE B、PP C、PC D、PIB 7、聚合物的粘流活化能一般与( )有关。

A、温度 B、切应力 C、切变速率 D、高分子的柔顺性