四章聚合物流變學基礎
1. 與低分子物相比，聚合物的黏性流動有何特點？
答：絕大多數低分子物具有牛頓流體的性質，即其粘性僅與流體分子的結構和溫度有關，與切應力和切變速率無關。比如水、甘油等。
高分子稀溶液也是。而大部分聚合物熔體屬於非牛頓流體中的假塑性流體，隨剪下力增加而變稀。
與低分子物相比，聚合物的粘性流動（流變行為，主要是指聚合物熔體，而不包括聚合物溶液）具有如下特徵：
（1） 聚合物熔體流動時，外力作用發生粘性流動，同時表現出可逆的彈性形變。
（2） 聚合物的流動並不是高分子鏈之間的簡單滑移，而是運動單元依次躍遷的結果。
（3） 它的流變行為強烈地依賴於聚合物本身的結構、分子量及其分布、溫度、壓力、時間、作用力的性質和大小等外界條件的影響。
（4） 絕大數高分子成型加工都是粘流態下加工的，如擠出，注射，吹塑等。
（5） 彈性形變及其後的鬆馳影響製品的外觀，尺寸穩定性。
2. 什麼是牛頓型流體和非牛頓型流體？使用流變方程和流動曲線說明非牛頓型流體的型別。
答：牛頓粘性定律：某些液體流動時切應力τ與切變率d之比為液體的粘度。遵循牛頓粘性定律的液體稱為牛頓流體,凡是流體運動時其切變率d與切應力τ不成線性關係的流體稱為非牛頓流體。
η=k(dvx/dy)n= kγn-1式中，k為稠度係數，ns」／m ； 為流體特性指數，無因次，表示與牛頓流體偏離的程度。由方程式可見：
① 當n=1時，η=k，即k 具有粘度的因次．此時流體為牛頓流體；
② 當η<1時，為假塑性或剪下變稀流體；
③ 當η>l時，為膨脹塑性或剪下增稠流體；
④當剪下應力高於流動前的剪下屈服應力的流體叫賓哈流體
3. 何為表觀黏度？試述大部分聚合物熔體為假塑性流體的理由。
答：表觀黏度為非牛頓流體剪下應力，即剪下速率曲線上的任一點所對應的剪下應力除以剪下速率。
因為大部分的聚合物是熱塑性塑料而熱塑性塑料的剪下速率在10-104s-1。流動曲線是非線性的，剪下速率的增加比剪下應力增加的快，並且不存在屈服應力，流體特徵是黏度隨剪下速率或剪下應力的增大而降低。
4. 在寬廣的剪下速率範圍內，聚合物流體的剪下應力與剪下速率之間的關係會出現怎樣的變化？
答：當塑料熔體按上述情況在等截面圓管內流動時,它所受剪下應力和真正剪下速率之間應存在如式所示的關係.
規定圓管的半徑為r,管長為l,於是在任意半徑r處所受剪下應力即為:
式中p代表圓管兩端的壓力降.從一般液體在導管內流動的情況知,在管壁處的流動速度為零.即vr=r=0,不過聚合物熔體流動時並不為零.
由於它產生的效應不大,所以依然認為它是零.將上述兩式合併求其積分,得液體在任意半徑處的流速vr為:
5. 簡述聚合物的相對分子質量與其熔體黏性的關係。
答：高聚物相對分子質量大小對其黏性流動影響極大。相對分子質量增加,使分子間的作用力增大，非牛頓型流動行為越強。
顯然會增加它的黏度,從而熔融指數(mi)就小。而且相對分子質量的緩慢增大，將導致表觀黏度的急劇增加和mi的迅速下降。
6. 試述溫度對聚合物熔體黏性的影響。
答：對於聚合物熔體，溫度是影響活化能的。活化能是分子鏈流動時用於克服分子間作用力，以便更換位置所需要的能量，即沒摩爾運動單元流動時所需要的能量。
故活化能越大，黏度對溫度越為敏感，溫度公升高時，其年度下降越明顯。
7. 聚合物熔體在剪下流動過程中有那些彈性表現形式？在成形過程中可以採取那些措施來減少彈性表現對製品質量的不良影響？
答：有入口效應離模膨脹熔體破裂
措施：穩定壓力降，提高溫度，減少剪下應力，增加溫度下的流動時間，均化塑料結構，降低其流動的非牛頓性。
8. 聚合物熔體的離模膨脹產生的原因是什麼？分析影響因素。在生產工藝和機械設計上採取那些措施以確保擠出物尺寸的穩定性？
答： 一般在擠出過程中,處於熔體狀態的高分子鏈經取向和拉伸作用,分子處於應力狀態.但是離開口模後,分子應力釋放,分子鏈徑向回縮,與流動方向垂直的方向「變胖」,也就是所謂的離模膨脹。
影響因素:①當口模的長徑比一定時，膨脹比b隨剪下速率增加而增大。
②在低於臨界剪下速率的一定剪下速率下，離模膨脹比b隨溫度公升高而降低。
③在低於發生熔體破裂的臨界剪下速率下，離模膨脹比b隨剪下應力的增加而增大。
當剪下速率恆定時，離模膨脹比b隨口模長徑比l/d的增大而降低。
⑤離模膨脹隨熔體在口模內停留時間城指數關係減小。
⑥離模膨脹隨聚合物的結構和品種不同而異。
⑦離模膨脹與口模的入口的幾何結構無關。
9. 何謂「鯊魚皮症」試述其產生的機理。
答: 鯊魚皮症狀的原因注意是由於熔體流動時在口模壁上滑移和口模對擠出物產生週期性拉伸作用。而且存在乙個臨界剪下速率，表觀臨界剪下速率口沫半徑ｒ的乘積是常數。
這就意味著，口模徑向尺寸越大，其臨界速率較低些，易產生「鯊魚皮症」。
10. 簡述熔體破裂的因素。試分析塑料熔體在注射衝模流動工程中產生熔體破裂的原因及對製品質量的影響。在生產上應採取什麼措施避免出現熔體破裂現象？
答： （１）發生不穩定流動現象所確定的臨界剪下應力105pa數量級，並隨著溫度的增加而約有增加。
（２）口模流道的收斂角對臨界剪下速率的影響較大。
（３）臨界剪下速率隨口模長徑比ｌ／ｄ的增加而增大。
（４）儘管口模工作表面的粗糙度對熔體破裂的發生並無影響，但卻受到口模製造材料的影響。
（５）臨界剪下應力依賴於重均相對分子質量，但與相對分子質量無關。
（６）臨界剪下速率隨相對分子質量的增加而降低。
原因：（１）鯊魚皮症狀的彈性形變（２）熔體中彈性恢復引起的
影響：在離開口模的彈性恢復不同引起熔體爆裂
措施：根據熔體破裂因素採取相印方法，分析熔體的彈性等情況採用有效的方法。
11. 有那些因素影響拉伸黏度？如何影響？
答： （１）拉伸應力速率的影響。拉伸黏度隨拉伸應變速率的增加而增加原因是大分子鏈的取向伸直、平行排列的分子較無序排列的分子具有較強的抗拉伸性。
（２）聚合物的分子結構。有拉伸黏度隨拉伸應力增大而增大的拉伸變硬和變小的拉伸變稀兩個現象。
（３）雙軸拉伸。在ｘ和ｙ軸拉伸形變不同。對牛頓流體，雙軸拉伸的黏度是單軸的２倍。
12. 綜合論述聚合物的流變性質對其成型加工有何指導意義。
答；不可壓縮；等溫流動；在流道壁上的速度為零；流體黏度不隨時間變化。
高分子的流動通過鏈段的位移而完成。高分子流動不是整個大分子鏈的遷移，而是通過鏈段相繼躍遷而實現的。類似蚯蚓的蠕動。
躍遷不需大的空穴，而有如鏈段大小的空穴即可以了，此外鏈段又稱為流動單元，尺寸約含有幾十個主鏈碳原子。
度不隨剪下應力和剪下速率大小而改變，始終為常數，為牛頓流體(newtonian fluid)，包括了低分子溶液、高分子稀溶液。
不符合牛頓流體公式的流體，成為非牛頓流體。
其中，流變行為與時間無關的流體包括：假塑性流體；脹塑性流體；賓漢流體。
低分子流動，產生的形變，完全不可逆的；
高分子的流動，形變：一部分不可逆的；
一部分是可逆的：高分子流動不是高分子鏈段簡單的滑移，而是鏈段分段運動的結果，在外力作用下，分子鏈沿著外力的方向伸展，即一定量高彈形變，該部分可逆；外力消失後，又蜷曲，形變恢復一部分。
恢復為鬆弛過程：分子鏈柔順，恢復快；溫度高，則恢復快。
分子鏈柔順性：好時，則內旋轉位壘低，流動單元的鏈段就短，在較低的溫度下即可發生粘性流動。
分子間作用力：小，在較低溫度下可產生分子相對位移，如ps（112-146℃）。
大：粘流溫度高，如pvc的粘流溫度（165-190℃）
零剪下時，，為零切粘度。
假塑區：中等剪下速率區，是一段反s的曲線，斜率，該區域的表觀粘度為曲線上一點引斜率為1的直線與的直線相交點。通常高分子的成型所受的剪下速率處於該區域，增大，減少。
第二牛頓區：為高剪下速率區，一般實驗室達不到該區域，因為未達到該區域的值前，已出現不穩定流動，斜率為1，直線外推至直線所得為粘度
五章高分子材料混合與製備
1. 物料的混合有哪三種基本運動形式？聚合物成型時熔融過程的混合以哪一種運動形式為主？為什麼？
答：分子擴散；渦流擴散；體積擴散。
以渦流擴散為主，因為熔體與熔體的混合不是靠分子擴散和體積擴散來實現的，在加工中，由於物料的運動速度達不到雜流，而且黏度又高，所以要熔體的流速很高，勢必要對聚合物施加極高的剪下速率。
2. 什麼是「非分散混合」，什麼是「分散混合」， 兩者各主要通過何種物料運動和混合操作來實現？
答：非分散混合：在混合中僅增加粒子在混合物中空間分布均勻性而不減小粒子初始尺寸的過程。通過對流來實現的可以通過賽形流動和不需要物料連續變形的簡單體積排列和置換得到。
分散混合：在混合過程中發生粒子尺寸減小到極限值，同時增加相介面和提高混合物組分均勻性的混合過程。靠剪下應力和拉伸應力實現的。
3. ？
答：有粗粉、細粉、混合不好的三種情況。三種混合料中兩組分的分散程度來看。
判斷物料的混合狀態時，還必須考慮各組份的分散程度。分散程度指混合體系中各個混入組分的粒子在混合後的破碎程度，破碎度大，粒徑小，其分散程度就高，反之不好。分散程度可以用同一組分的相鄰粒子間平均距離來描述，距離越短，分散程度越好。
粒子的體積越小，或混合時不斷減小粒子的體積，則均勻程度越高。
4. 溫度對生膠塑煉有何影響？為什麼天然橡膠在115oc時塑煉效果最差？
答：生膠的塑煉分為高溫塑煉與低溫塑煉。密煉機和螺桿塑煉機的塑煉溫度都在100攝氏度以上，屬於高溫塑煉。
開煉機塑煉溫度在100攝氏度以下，屬於低溫塑煉。在機械塑煉中，能促使大分子鏈斷裂破壞的因素有：機械力作用，氧化裂解作用，熱裂解和熱活化作用，化學塑節劑的化學作用以及靜電荷臭氧的作用。
當在低溫塑煉的時候，也就是在開煉機塑煉的時候，主要是機械力來進行塑煉的。這個時候氧的作用是很小的，因為它是在低溫的情況下。
當天然橡膠在115攝氏度的時候，它的機械力作用是最小的時候，氧化裂解的作用也是最小的時候。也就是說，115攝氏度對於塑煉來說是乙個非常尷尬的溫度，正好是機械力最小，含氧量最小的時候。所以這個時候的塑煉效果是最差的。
當溫度提上來的時候，含氧量就增高了，那時候塑煉效果又會好起來！
高分子材料成型加工
深圳大學課程教學大綱 課程編號 22201222 課程名稱 高分子材料成型加工 開課院系 材料學院 制訂 修訂 人 左建東 審核人批准人 2010 年 10月 8 日製 修 訂 課程名稱 高分子材料成型加工 英文名稱 polymer material processing 總學時 54 學分 3 先...
1 高分子材料的成型加工
一 實驗目的 1 掌握高分子材料加工的基本知識 2 掌握高分子材料加工的各個環節及其製品質量的關係 3 了解高分子材料加工常用裝置的基本結構原理，學會加工裝置的操作方法 實驗原理 聚氯乙烯 pvc 塑料是應用廣泛的熱塑性塑料。通常pvc塑料。通常pvc塑料可分為軟 硬兩大類，兩者的主要區別在於塑料中...
高分子材料成型加工 含答案
1.高分子材料成型加工 通常是使固體狀態 粉狀或粒狀 糊狀或溶液狀態的高分子化合物熔融或變形，經過模具形成所搖的形狀並保持其已經取得的形狀，最終得到製品的工藝過程。2.熱塑性塑料 是指具有加熱軟化 冷卻硬化特性的塑料 如 abs pp pom pc ps pvc pa pmma等 它可以再 利用。具...