聚合物流变学基础知识18192.docx

四章 聚合物流变学基础1. 与低分子物物相比，聚聚合物的黏黏性流动有有何特点？答：绝大多多数低分子子物具有牛牛顿流体的的性质，即即其粘性仅仅与流体分分子的结构构和温度有有关，与切切应力和切切变速率无无关。比如如水、甘油油等。高分分子稀溶液液也是。而而大部分聚聚合物熔体体属于非牛牛顿流体中中的假塑性性流体，随随剪切力增增加而变稀稀。与低分子物物相比，聚聚合物的粘粘性流动（流流变行为，主主要是指聚聚合物熔体体，而不包包括聚合物物溶液）具具有如下特特征：（1） 聚聚合物熔体体流动时，外外力作用发发生粘性流流动，同时时表现出可可逆的弹性性形变。（2） 聚聚合物的流流动并不是是高分子链链之间的简简单滑移，而而是运动单单元依次跃跃迁的结果果。（3） 它它的流变行行为强烈地地依赖于聚聚合物本身身的结构、分分子量及其其分布、温温度、压力力、时间、作作用力的性性质和大小小等外界条条件的影响响。（4） 绝绝大数高分分子成型加加工都是粘粘流态下加加工的，如如挤出，注注射，吹塑塑等。（5） 弹弹性形变及及其后的松松驰影响制制品的外观观，尺寸稳稳定性。2. 什么是牛顿顿型流体和和非牛顿型型流体？使使用流变方方程和流动动曲线说明明非牛顿型型流体的类类型。答：牛顿粘粘性定律：某些液体体流动时切切应力与与切变率DD之比为液液体的粘度度。遵循牛顿顿粘性定律律的液体称称为牛顿流流体,凡是是流体运动动时其切变变率D与切切应力不不成线性关关系的流体体称为非牛牛顿流体。 =K(dvx/dy)nn= Kn-1式式中，K为为稠度系数数，NS”m ； 为流体体特性指数数，无因次次，表示与与牛顿流体体偏离的程程度。由方方程式可见见： 当n=1时，=K，即即K 具有有粘度的因因次此时时流体为牛牛顿流体； 当<<1时，为为假塑性或或剪切变稀稀流体； 当>l时，为为膨胀塑性性或剪切增增稠流体；当剪切应应力高于流流动前的剪剪切屈服应应力的流体体叫宾哈流流体3. 何为表观黏黏度？试述述大部分聚聚合物熔体体为假塑性性流体的理理由。答：表观黏黏度为非牛牛顿流体剪剪切应力，即即剪切速率率曲线上的的任一点所所对应的剪剪切应力除除以剪切速速率。 因因为大部分分的聚合物物是热塑性性塑料而热热塑性塑料料的剪切速速率在100-1044S-1。流动动曲线是非非线性的，剪剪切速率的的增加比剪剪切应力增增加的快，并并且不存在在屈服应力力，流体特特征是黏度度随剪切速速率或剪切切应力的增增大而降低低。4. 在宽广的剪剪切速率范范围内，聚聚合物流体体的剪切应应力与剪切切速率之间间的关系会会出现怎样样的变化？答：当塑料料熔体按上上述情况在在等截面圆圆管内流动动时,它所所受剪切应应力和真正正剪切速率率之间应存存在如式所所示的关系系. 规定定圆管的半半径为R,管长为LL,于是在在任意半径径r处所受受剪切应力力即为:式式中P代表表圆管两端端的压力降降.从一般般液体在导导管内流动动的情况知知,在管壁壁处的流动动速度为零零.即Vrr=R=00,不过聚聚合物熔体体流动时并并不为零.由于它产产生的效应应不大,所所以依然认认为它是零零.将上述述两式合并并求其积分分,得液体体在任意半半径处的流流速Vr为为: 5. 简述聚合物物的相对分分子质量与与其熔体黏黏性的关系系。答：高聚物物相对分子子质量大小小对其黏性性流动影响响极大。相对分子子质量增加加,使分子子间的作用用力增大，非非牛顿型流流动行为越越强。显然然会增加它它的黏度,从而熔融融指数(MMI)就小小。而且相对对分子质量量的缓慢增增大，将导致表表观黏度的的急剧增加加和MI的的迅速下降降。6. 试述温度对对聚合物熔熔体黏性的的影响。答：对于聚聚合物熔体体，温度是是影响活化化能的。活活化能是分分子链流动动时用于克克服分子间间作用力，以以便更换位位置所需要要的能量，即即没摩尔运运动单元流流动时所需需要的能量量。故活化化能越大，黏黏度对温度度越为敏感感，温度升升高时，其其年度下降降越明显。7. 聚合物熔体体在剪切流流动过程中中有那些弹弹性表现形形式？在成成形过程中中可以采取取那些措施施来减少弹弹性表现对对制品质量量的不良影影响？答：有入口口效应 离离模膨胀 熔体破裂裂措施：稳定定压力降，提提高温度，减减少剪切应应力，增加加温度下的的流动时间间，均化塑塑料结构，降降低其流动动的非牛顿顿性。8. 聚合物熔体体的离模膨膨胀产生的的原因是什什么？分析析影响因素素。在生产产工艺和机机械设计上上采取那些些措施以确确保挤出物物尺寸的稳稳定性？答：一般在在挤出过程程中,处于于熔体状态态的高分子子链经取向向和拉伸作作用,分子子处于应力力状态.但但是离开口口模后,分分子应力释释放,分子子链径向回回缩,与流流动方向垂垂直的方向向“变胖”,也就是是所谓的离离模膨胀。影响因素:当口模的的长径比一一定时，膨膨胀比B随随剪切速率率增加而增增大。在低于临临界剪切速速率的一定定剪切速率率下，离模模膨胀比BB随温度升升高而降低低。在低于发发生熔体破破裂的临界界剪切速率率下，离模模膨胀比BB随剪切应应力的增加加而增大。当剪切速速率恒定时时，离模膨膨胀比B随随口模长径径比L/DD的增大而而降低。离模膨胀胀随熔体在在口模内停停留时间城城指数关系系减小。离模膨胀胀随聚合物物的结构和和品种不同同而异。离模膨胀胀与口模的的入口的几几何结构无无关。9. 何谓“鲨鱼鱼皮症”试述其产产生的机理理。答:鲨鱼皮皮症状的原原因注意是是由于熔体体流动时在在口模壁上上滑移和口口模对挤出出物产生周周期性拉伸伸作用。而而且存在一一个临界剪剪切速率，表表观临界剪剪切速率口口沫半径的乘积是是常数。这这就意味着着，口模径径向尺寸越越大，其临临界速率较较低些，易易产生“鲨鱼皮症症”。10. 简述熔体破破裂的因素素。试分析析塑料熔体体在注射冲冲模流动工工程中产生生熔体破裂裂的原因及及对制品质质量的影响响。在生产产上应采取取什么措施施避免出现现熔体破裂裂现象？答：（）发生不不稳定流动动现象所确确定的临界界剪切应力力105PPa数量级级，并随着着温度的增增加而约有有增加。（）口模模流道的收收敛角对临临界剪切速速率的影响响较大。（）临界界剪切速率率随口模长长径比的增加加而增大。（）尽管管口模工作作表面的粗粗糙度对熔熔体破裂的的发生并无无影响，但但却受到口口模制造材材料的影响响。（）临界界剪切应力力依赖于重重均相对分分子质量，但但与相对分分子质量无无关。（）临界界剪切速率率随相对分分子质量的的增加而降降低。原因：（）鲨鱼皮皮症状的弹弹性形变（）熔体中中弹性恢复复引起的影响：在离离开口模的的弹性恢复复不同引起起熔体爆裂裂措施：根据据熔体破裂裂因素采取取相印方法法，分析熔熔体的弹性性等情况采采用有效的的方法。11. 有那些因素素影响拉伸伸黏度？如如何影响？答：（）拉拉伸应力速速率的影响响。拉伸黏黏度随拉伸伸应变速率率的增加而而增加原因因是大分子子链的取向向伸直、平平行排列的的分子较无无序排列的的分子具有有较强的抗抗拉伸性。（）聚合物物的分子结结构。有拉拉伸黏度随随拉伸应力力增大而增增大的拉伸伸变硬和变变小的拉伸伸变稀两个个现象。（）双轴拉拉伸。在和轴拉拉伸形变不不同。对牛牛顿流体，双双轴拉伸的的黏度是单单轴的倍倍。12. 综合论述聚聚合物的流流变性质对对其成型加加工有何指指导意义。答；不可压压缩；等温温流动；在在流道壁上上的速度为为零；流体体黏度不随随时间变化化。高分子的流流动通过链链段的位移移而完成。高分子流流动不是整整个大分子子链的迁移移，而是通通过链段相相继跃迁而而实现的。类类似蚯蚓的的蠕动。跃跃迁不需大大的空穴，而而有如链段段大小的空空穴即可以以了，此外外链段又称称为流动单单元，尺寸寸约含有几几十个主链链碳原子。度不随剪切切应力和剪剪切速率大大小而改变变，始终为为常数，为为牛顿流体体(Newwtoniian ffluidd)，包括括了低分子子溶液、高高分子稀溶溶液。不符合牛顿顿流体公式式的流体，成成为非牛顿顿流体。其中，流变变行为与时时间无关的的流体包括括：假塑性性流体；胀胀塑性流体体；宾汉流流体。低分子流动动，产生的的形变，完完全不可逆逆的；高分子的流流动，形变变：一部分分不可逆的的； 一部分是是可逆的：高分子流流动不是高高分子链段段简单的滑滑移，而是是链段分段段运动的结结果，在外外力作用下下，分子链链沿着外力力的方向伸伸展，即一一定量高弹弹形变，该该部分可逆逆；外力消消失后，又又蜷曲，形形变恢复一一部分。恢复为松弛弛过程：分分子链柔顺顺，恢复快快；温度高高，则恢复复快。分子链柔顺顺性：好时时，则内旋旋转位垒低低，流动单单元的链段段就短，在在较低的温温度下即可可发生粘性性流动。分子间作用用力：小，在在较低温度度下可产生生分子相对对位移，如如PS（1112-1146）。大：粘流温温度高，如如PVC的的粘流温度度（1655-1900）零剪切时，为为零切粘度度。假塑区：中中等剪切速速率区，是是一段反SS的曲线，斜斜率，该区区域的表观观粘度为曲曲线上一点点引斜率为为1的直线线与的直线线相交点。通通常高分子子的成型所所受的剪切切速率处于于该区域，增增大，减少少。第二牛顿区区：为高剪剪切速率区区，一般实实验室达不不到该区域域，因为未未达到该区区域的值前前，已出现现不稳定流流动，斜率率为1，直直线外推至至直线所得得为粘度五章 高分子材材料混合与与制备1. 物料的混合合有哪三种种基本运动动形式？聚聚合物成型型时熔融过过程的混合合以哪一种种运动形式式为主？为为什么？答：分子扩扩散；涡流流扩散；体体积扩散。 以涡流流扩散为主主，因为熔熔体与熔体体的混合不不是靠分子子扩散和体体积扩散来来实现的，在在加工中，由由于物料的的运动速度度达不到杂杂流，而且且黏度又高高，所以要要熔体的流流速很高，势势必要对聚聚合物施加加极高的剪剪切速率。2. 什么是“非非分散混合合”，什么是是“分散混合合”， 两者者各主要通通过何种物物料运动和和混合操作作来实现？答：非分散散混合：在在混合中仅仅增加粒子子在混合物物中空间分分布均匀性性而不减小小粒子初始始尺寸的过过程。通过过对流来实实现的可以以通过赛形形流动和不不需要物料料连续变形形的简单体体积排列和和置换得到到。分散混合：在混合过过程中发生生粒子尺寸寸减小到极极限值，同同时增加相相界面和提提高混合物物组分均匀匀性的混合合过程。靠靠剪切应力力和拉伸应应力实现的的。3. 为什么评定定固体物料料的混合状状态时不仅仅要比较取取样中各组组份的比率率与总体比比率的差异异大小而且且还要考察察混合料的的分散程度度？答：有粗粉粉、细粉、混混合不好的的三种情况况。三种混混合料中两两组分的分分散程度来来看。判断断物料的混混合状态时时，还必须须考虑各组组份的分散散程度。分分散程度指指混合体系系中各个混混入组分的的粒子在混混合后的破破碎程度，破碎度大，粒径小，其分散程度就高，反之不好。分散程度可以用同一组分的相邻粒子间平均距离来描述，距离越短，分散程度越好。粒子的体积越小，或混合时不断减小粒子的体积，则均匀程度越高。4. 温度对生胶胶塑炼有何何影响？为为什么天然然橡胶在1115oC时塑炼炼效果最差差？答：生胶的的塑炼分为为高温塑炼炼与低温塑塑炼。密炼炼机和螺杆杆塑炼机的的塑炼温度度都在1000摄氏度度以上，属属于高温塑塑炼。开炼炼机塑炼温温度在1000摄氏度度以下，属属于低温塑塑炼。在机机械塑炼中中，能促使使大分子链链断裂破坏坏的因素有有：机械力力作用，氧氧化裂解作作用，热裂裂解和热活活化作用，化化学塑节剂剂的化学作作用以及静静电荷臭氧氧的作用。当当在低温塑塑炼的时候候，也就是是在开炼机机塑炼的时时候，主要要是机械力力来进行塑塑炼的。这这个时候氧氧的作用是是很小的，因因为它是在在低温的情情况下。当天然橡胶胶在1155摄氏度的的时候，它它的机械力力作用是最最小的时候候，氧化裂裂解的作用用也是最小小的时候。也也就是说，1115摄氏度对对于塑炼来来说是一个个非常尴尬尬的温度，正正好是机械械力最小，含含氧量最小小的时候。所所以这个时时候的塑炼炼效果是最最差的。当当温度提上上来的时候候，含氧量量就增高了了，那时候候塑炼效果果又会好起起来！5. 天然橡胶的的低温机械械塑炼的目目的及其原原理与聚氯氯乙烯塑炼炼中添加邻邻苯二甲酸酸二丁脂的的目的及其其原理有何何异同？答：开炼机机塑炼温度度在1000摄氏度以以下，属于于低温塑炼炼。在机械械塑炼中，能能促使大分分子链断裂裂破坏的因因素有：机机械力作用用，氧化裂裂解作用，热热裂解和热热活化作用用，化学塑塑节剂的化化学作用以以及静电荷荷臭氧的作作用。当在在低温塑炼炼的时候，也也就是在开开炼机塑炼炼的时候，主主要是机械械力来进行行塑炼的。这这个时候氧氧的作用是是很小的，因因为它是在在低温的情情况下。正正好是机械械力最小，含含氧量最小小的时候。所所以这个时时候的塑炼炼效果是最最差的。当当温度提上上来的时候候，含氧量量就增高了了，那时候候塑炼效果果又会好起起来！ 都都为了降低低生胶的弹弹性，增加加可塑性，获获得适当的的流动性，是是混合分散散均匀，能能很好的塑塑炼，满足足成型工艺艺要求。6. 何谓橡胶的的混炼？用用开炼机和和密炼机分分别进行混混炼时应控控制的工艺艺有那些？有何影响响？答：就是将将各种配合合剂与可塑塑度合乎要要求的生胶胶或塑炼胶胶在机械作作用下混合合均匀制成成混炼胶的的过程。开炼机工艺艺：经历包包辊、吃粉粉、翻捣三三个部分。合理的加料顺序有利于提高混炼胶的质量和混炼效率。如果加料顺序不合理，则会影响配合剂分散的均匀程序，在操作中还会导致脱辊、过炼、甚至发生焦烧等。在胶料的混炼中，装胶容量与混炼胶的质量有着密切的关系。装胶容量过大，则会使堆积胶量过多，易于产生混炼不均的现象，而且生产效率下降；装胶容量过小，不仅设备利用率低，而且还容易造成过炼。合理的装胶容量可参照按炼胶机规格计算出的理论装胶容量，再按照实际情况加以调整。 密炼机工艺：分为湿润、分散、捏炼三个过程。密炼机是一种设有一对特定形状并相对回转的转子、在可调温度和压力的密闭状态下间隙性地对聚合物材料进行塑炼和混炼的机械，主要由密炼室、转子、转子密封装置、加料压料装置、卸料装置、传动装置及机座等部分组成。混炼容量大、时间短、生产效率高；较好的克服粉尘飞扬，减少配合剂的损失，改善产品质量与工作环境；操作安全便利，减轻劳动强度；有益于实现机械与自动化操作等。7. 何谓胶料混混炼过程中中产生的结结合橡胶？答：是指炭炭黑混炼胶胶中不能被被它的良溶溶剂溶解的的那部分橡橡胶。结合合橡胶实质质上是填料料表面上吸吸附的橡胶胶，也就是是填料与橡橡胶间的界界面层中的的橡胶。通通常采用结结合橡胶来来衡量炭黑黑和橡胶之之间相互作作用力的大大小，结合合橡胶多则则补强性高高，所以结结合橡胶是是衡量炭黑黑补强能力力的标尺。8. 成型用的塑塑料有哪几几种？各种种形态的塑塑料有何不不同的特点点？它们的的应用情况况如何？答：热塑性性塑料: 热塑性性塑料分子子结构都是是线型结构构，在受热热时发生软软化或熔化化，可塑制制成一定的的形状，冷冷却后又变变硬。在受受热到一定定程度又重重新软化，冷冷却后又变变硬，这种种过程能够够反复进行行多次。如如聚氯乙烯烯、聚乙烯烯、聚苯乙乙烯等。塑塑性塑料成成型过程比比较简单，能能够连续化化生产，并并且具有相相当高的机机械强度，因因此发展很很快。 热固性塑料料 : 热固性性塑料的分分子结构是是体型结构构，在受热热时也发生生软化，可可以塑制成成一定的形形状，但受受热到一定定的程度或或加入少量量固化剂后后，就硬化化定型，再再加热也不不会变软和和改变形状状了。热固固性塑料加加工成型后后，受热不不再软化，因因此不能回回收再用，如如酚醛塑料料、氨基塑塑料、环氧氧树脂等都都属于此类类塑料。热热固性塑料料加工成型型后，受热热不再软化化，因此不不能回收再再用，如酚酚醛塑料、氨氨基塑料、环氧树脂等都属于此类塑料。热固性塑料成型工艺过程比较复杂，所以连续化生产有一定的困难，但其耐热性好、不容易变形，而且价格比较低廉。 工程塑料  : 工程塑塑料是可作作为工程结结构材料和和代替金属属制造机器器零部件等等的塑料。例例如聚酰胺胺、聚碳酸酸酯、聚甲甲醛、ABBS树脂、聚聚四氟乙烯烯、聚酯、聚聚砜、聚酰酰亚胺等。程程塑料具有有密度小、化化学稳定性性高、机械械性能良好好、电绝缘缘性优越、加加工成型容容易等特点点，广泛应应用于汽车车、电器、化化工、机械械、仪器、仪仪表等工业业，也应用用于宇宙航航行、火箭箭、导弹等等方面。通用塑料:是指产量量大、价格格低、应用用范围广的的塑料，主主要包括聚聚烯烃、聚聚氯乙烯、聚聚苯乙烯、酚酚醛塑料和和氨基塑料料五大品种种。人们日日常生活中中使用的许许多制品都都是由这些些通用塑料料制成。  9. 什么叫塑料料的混合和和塑化，其其主要区别别在那里？答：混合,是用机械械的或流体体动力的方方法，在树树脂的流动动温度以下下和较低剪剪切应力作作用下进行行的过程。塑化，指塑塑料在树脂脂的流动温温度以上和和较强的剪剪切应力作作用下进行行的过程。区别：混合合是用的机机械方法，塑塑化是用的的化学反应应方法。混混合只是增增加各组份份的微粒空空间的无规规则排列程程度，而不不是减小粒粒子尺寸，是是非分散混混合。塑化化是驱出水水分和挥发发物，使各各组份的分分散更均匀匀，得到一一定可塑性性的均匀物物料。10. 哪些机械通通常用于塑塑料的初混混合?哪些些机械用于于塑炼？答：初混合合：开炼机机，密炼机机、z形捏捏合机、高高速混合急急。塑炼：开炼炼机，密炼炼机、螺杆杆式塑炼机机。11. 塑料的塑化化与橡胶的的塑炼二者者的目的和和原理有何何异同？答：塑料与与橡胶最本本质的区别别在于塑料料发生形变变时塑性变变形，而橡橡胶是弹性性变形。换换句话说，塑塑料变形后后不容易恢恢复原状态态，而橡胶胶相对来说说就容易得得多。塑料料的弹性是是很小的，通通常小于1100%，而而橡胶可以以达到10000%甚甚至更多。塑塑料在成型型上绝大多多数成型过过程完毕产产品过程也也就完毕；而橡胶成成型过程完完毕后还得得需要硫化化过程。  塑料与橡胶胶同属于高高分子材料料,主要由由碳和氢两两种原子组组成,另有有一些含有有少量氧,氮,氯,硅,氟,硫等原子子,其性能能特殊,用用途也特别别.在常温温下,塑料料是固态,很硬,不不能拉伸变变形.而橡橡胶硬度不不高,有弹弹性,可拉拉伸变长,停止拉伸伸又可回复复原状。这是由于于它们的分分子结构不不同造成的的.另一不不同点是塑塑料可以多多次回收重重复使用,而橡胶则则不能直接接回收使用用,只能经经过加工制制成再生胶胶,然后才才可用.塑塑料在1000多度至至200度度时的形态态与橡胶在在60至1100度时时的形态相相似.塑料料不包括橡橡胶.。12. 什么是“生生胶的塑炼炼”，什么是是“橡胶的塑塑炼”，为什么么要分别对对生胶和塑塑料进行塑塑炼？两者者分别可采采取哪些措措施提高塑塑炼效果？答：生胶的的塑炼：线线性高分子子化合物通通过机械应应力、热、氧氧或加入某某些化学试试剂等方式式，使橡胶胶由强韧的的高弹性状状态转变为为柔软的塑塑性状态的的过程。橡胶的塑炼炼：橡胶经经塑炼以增增加其可塑塑性，其实实质是橡胶胶分子断裂裂，相对分分子质量下下降，从而而弹性下降降。原因：生胶胶的分子量量与可塑性性有着密切切的关系。分分子量越小小，可塑性性就越大。生生胶经过机机械塑炼后后，分子量量降低，粘粘度下降，可可塑性增大大。由此可可见，生胶胶在塑炼过过程中，可可塑性的提提高是通过过分子量的的降低来实实现的。而而橡胶经塑塑炼以增加加其可塑性性，其实质质是橡胶分分子断裂，相相对分子质质量下降，从从而弹性下下降。措施：生胶胶需要保持持他的高弹弹性变成柔柔软而具有有可塑的状状态，而橡橡胶需要降降低他的高高弹性，通通过改变机机械力、氧氧、热、电电等因素来来提高塑炼炼效果。13. 聚氯乙烯粒粒状塑料与与酚醛压塑塑粉在配制制过程中的的塑化工序序、目的、作作用原理有有何不同？答：聚氯乙乙烯粒状塑塑料：通过过双键聚合合而成，经经过筛选、配配料、混合合、塑化成成粒状。酚醛压塑粉粉：过滤、配配料、混合合、塑化的的粉状塑料料。目的：都是是为了得到到制品成型型前的物料料。原理：使用用的机械不不同，他们们的自身的的物理化学学性质不同同，致使他他们得到的的物料不同同。14. 何谓塑料溶溶液和溶胶胶塑料？答：塑料溶溶液：的主主要组成是是作为溶质质的合成树树脂几各种种配合剂的的有机溶剂剂。溶胶塑料：又称糊塑塑胶，是固固体树脂稳稳定地悬浮浮在非水一一体介质中中形成的分分散体。15. 简述聚合物物共混的目目的和原则则。答：（1）利利用各聚合合物组分的的性能，取取长补短，消消除各单一一聚合物组组分性能的的缺点，保保持各自的的优点，得得到综合性性能优异的的聚合物材材料。（2）少量量的某一聚聚合物作为为另一聚合合物的改性性剂，获得得显著的改改性效果。（3）通过过共混改善善聚合物的的加工性能能。（4）通过过共混使聚聚合物获得得一些特殊殊性能，制制备出新型型的材料。（5）在不不影响使用用要求的条条件下，降降低原材料料成本。原则：是不不改变需要要的性能条条件下，而而使那些不不良好的性性能得到改改性或获得得新的性能能。