聚合物流变学基础知识34957.docx
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1、 四章 聚合物流变学基础1. 与低分子物相比,聚合物的黏性流动有何特点?答:绝大多数低分子物具有牛顿流体的性质,即其粘性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。比如水、甘油等。高分子稀溶液也是。而大部分聚合物熔体属于非牛顿流体中的假塑性流体,随剪切力增加而变稀。与低分子物物相比,聚聚合物的的粘性流流动(流流变行为为,主要要是指聚聚合物熔熔体,而而不包括括聚合物物溶液)具具有如下下特征:(1) 聚聚合物熔熔体流动动时,外外力作用用发生粘粘性流动动,同时时表现出出可逆的的弹性形形变。(2) 聚聚合物的的流动并并不是高高分子链链之间的的简单滑滑移,而而是运动动单元依依次跃迁迁的结果果。
2、(3) 它它的流变变行为强强烈地依依赖于聚聚合物本本身的结结构、分分子量及及其分布布、温度度、压力力、时间间、作用用力的性性质和大大小等外外界条件件的影响响。(4) 绝绝大数高高分子成成型加工工都是粘粘流态下下加工的的,如挤挤出,注注射,吹吹塑等。(5) 弹弹性形变变及其后后的松驰驰影响制制品的外外观,尺尺寸稳定定性。2. 什么是牛顿顿型流体体和非牛牛顿型流流体?使使用流变变方程和和流动曲曲线说明明非牛顿顿型流体体的类型型。答:牛顿粘粘性定律律:某些液液体流动动时切应应力与与切变率率D之比比为液体体的粘度度。遵循牛牛顿粘性性定律的的液体称称为牛顿顿流体,凡是流流体运动动时其切切变率DD与切应应
3、力不不成线性性关系的的流体称称为非牛牛顿流体体。=K(dvxx/dyy)n= Kn-11式中,KK为稠度度系数,NNS”m ; 为为流体特特性指数数,无因因次,表表示与牛牛顿流体体偏离的的程度。由由方程式式可见: 当nn=1时时,=K,即即K 具具有粘度度的因次次此时时流体为为牛顿流流体; 当l时时,为膨膨胀塑性性或剪切切增稠流流体;当剪切应应力高于于流动前前的剪切切屈服应应力的流流体叫宾宾哈流体体3. 何为表观黏黏度?试试述大部部分聚合合物熔体体为假塑塑性流体体的理由由。答:表观黏黏度为非非牛顿流流体剪切切应力,即即剪切速速率曲线线上的任任一点所所对应的的剪切应应力除以以剪切速速率。 因因为
4、大部部分的聚聚合物是是热塑性性塑料而而热塑性性塑料的的剪切速速率在110-1104S-1。流流动曲线线是非线线性的,剪剪切速率率的增加加比剪切切应力增增加的快快,并且且不存在在屈服应应力,流流体特征征是黏度度随剪切切速率或或剪切应应力的增增大而降降低。4. 在宽广的剪剪切速率率范围内内,聚合合物流体体的剪切切应力与与剪切速速率之间间的关系系会出现现怎样的的变化?答:当塑料料熔体按按上述情情况在等等截面圆圆管内流流动时,它所受受剪切应应力和真真正剪切切速率之之间应存存在如式式所示的的关系. 规定定圆管的的半径为为R,管管长为LL,于是是在任意意半径rr处所受受剪切应应力即为为:式中中P代表表圆管
5、两两端的压压力降.从一般般液体在在导管内内流动的的情况知知,在管管壁处的的流动速速度为零零.即VVr=RR=0,不过聚聚合物熔熔体流动动时并不不为零.由于它它产生的的效应不不大,所所以依然然认为它它是零.将上述述两式合合并求其其积分,得液体体在任意意半径处处的流速速Vr为为: 5. 简述聚合物物的相对对分子质质量与其其熔体黏黏性的关关系。答:高聚物物相对分分子质量量大小对对其黏性性流动影影响极大大。相对分分子质量量增加,使分子子间的作作用力增增大,非非牛顿型型流动行行为越强强。显然然会增加加它的黏黏度,从从而熔融融指数(MI)就小。而且相相对分子子质量的的缓慢增增大,将导致致表观黏黏度的急急剧
6、增加加和MII的迅速速下降。6. 试述温度对对聚合物物熔体黏黏性的影影响。答:对于聚聚合物熔熔体,温温度是影影响活化化能的。活活化能是是分子链链流动时时用于克克服分子子间作用用力,以以便更换换位置所所需要的的能量,即即没摩尔尔运动单单元流动动时所需需要的能能量。故故活化能能越大,黏黏度对温温度越为为敏感,温温度升高高时,其其年度下下降越明明显。7. 聚合物熔体体在剪切切流动过过程中有有那些弹弹性表现现形式?在成形形过程中中可以采采取那些些措施来来减少弹弹性表现现对制品品质量的的不良影影响?答:有入口口效应 离模膨膨胀 熔熔体破裂裂措施:稳定定压力降降,提高高温度,减减少剪切切应力,增增加温度度
7、下的流流动时间间,均化化塑料结结构,降降低其流流动的非非牛顿性性。8. 聚合物熔体体的离模模膨胀产产生的原原因是什什么?分分析影响响因素。在在生产工工艺和机机械设计计上采取取那些措措施以确确保挤出出物尺寸寸的稳定定性?答:一般在在挤出过过程中,处于熔熔体状态态的高分分子链经经取向和和拉伸作作用,分分子处于于应力状状态.但但是离开开口模后后,分子子应力释释放,分分子链径径向回缩缩,与流流动方向向垂直的的方向“变胖”,也就就是所谓谓的离模模膨胀。影响因素:当口模模的长径径比一定定时,膨膨胀比BB随剪切切速率增增加而增增大。在低于临临界剪切切速率的的一定剪剪切速率率下,离离模膨胀胀比B随随温度升升高
8、而降降低。在低于发发生熔体体破裂的的临界剪剪切速率率下,离离模膨胀胀比B随随剪切应应力的增增加而增增大。当剪切速速率恒定定时,离离模膨胀胀比B随随口模长长径比LL/D的的增大而而降低。离模膨胀胀随熔体体在口模模内停留留时间城城指数关关系减小小。离模膨胀胀随聚合合物的结结构和品品种不同同而异。离模膨胀胀与口模模的入口口的几何何结构无无关。9. 何谓“鲨鱼鱼皮症”试述其其产生的的机理。答:鲨鱼皮皮症状的的原因注注意是由由于熔体体流动时时在口模模壁上滑滑移和口口模对挤挤出物产产生周期期性拉伸伸作用。而而且存在在一个临临界剪切切速率,表表观临界界剪切速速率口沫沫半径的乘积积是常数数。这就就意味着着,口
9、模模径向尺尺寸越大大,其临临界速率率较低些些,易产产生“鲨鱼皮皮症”。10. 简述熔体破破裂的因因素。试试分析塑塑料熔体体在注射射冲模流流动工程程中产生生熔体破破裂的原原因及对对制品质质量的影影响。在在生产上上应采取取什么措措施避免免出现熔熔体破裂裂现象?答:()发生生不稳定定流动现现象所确确定的临临界剪切切应力1105PPa数量量级,并并随着温温度的增增加而约约有增加加。()口模模流道的的收敛角角对临界界剪切速速率的影影响较大大。()临界界剪切速速率随口口模长径径比的增增加而增增大。()尽管管口模工工作表面面的粗糙糙度对熔熔体破裂裂的发生生并无影影响,但但却受到到口模制制造材料料的影响响。(
10、)临界界剪切应应力依赖赖于重均均相对分分子质量量,但与与相对分分子质量量无关。()临界界剪切速速率随相相对分子子质量的的增加而而降低。原因:()鲨鱼鱼皮症状状的弹性性形变()熔体体中弹性性恢复引引起的影响:在离离开口模模的弹性性恢复不不同引起起熔体爆爆裂措施:根据据熔体破破裂因素素采取相相印方法法,分析析熔体的的弹性等等情况采采用有效效的方法法。11. 有那些因素素影响拉拉伸黏度度?如何何影响?答:()拉拉伸应力力速率的的影响。拉拉伸黏度度随拉伸伸应变速速率的增增加而增增加原因因是大分分子链的的取向伸伸直、平平行排列列的分子子较无序序排列的的分子具具有较强强的抗拉拉伸性。()聚合合物的分分子结
11、构构。有拉拉伸黏度度随拉伸伸应力增增大而增增大的拉拉伸变硬硬和变小小的拉伸伸变稀两两个现象象。()双轴轴拉伸。在在和轴拉伸伸形变不不同。对对牛顿流流体,双双轴拉伸伸的黏度度是单轴轴的倍倍。12. 综合论述聚聚合物的的流变性性质对其其成型加加工有何何指导意意义。答;不可压压缩;等等温流动动;在流流道壁上上的速度度为零;流体黏黏度不随随时间变变化。高分子的流流动通过过链段的的位移而而完成。高分子子流动不不是整个个大分子子链的迁迁移,而而是通过过链段相相继跃迁迁而实现现的。类类似蚯蚓蚓的蠕动动。跃迁迁不需大大的空穴穴,而有有如链段段大小的的空穴即即可以了了,此外外链段又又称为流流动单元元,尺寸寸约含
12、有有几十个个主链碳碳原子。度不随剪切切应力和和剪切速速率大小小而改变变,始终终为常数数,为牛牛顿流体体(Neewtooniaan ffluiid),包包括了低低分子溶溶液、高高分子稀稀溶液。不符合牛顿顿流体公公式的流流体,成成为非牛牛顿流体体。其中,流变变行为与与时间无无关的流流体包括括:假塑塑性流体体;胀塑塑性流体体;宾汉汉流体。低分子流动动,产生生的形变变,完全全不可逆逆的;高分子的流流动,形形变:一一部分不不可逆的的; 一部分是是可逆的的:高分分子流动动不是高高分子链链段简单单的滑移移,而是是链段分分段运动动的结果果,在外外力作用用下,分分子链沿沿着外力力的方向向伸展,即即一定量量高弹形
13、形变,该该部分可可逆;外外力消失失后,又又蜷曲,形形变恢复复一部分分。恢复为松弛弛过程:分子链链柔顺,恢恢复快;温度高高,则恢恢复快。分子链柔顺顺性:好好时,则则内旋转转位垒低低,流动动单元的的链段就就短,在在较低的的温度下下即可发发生粘性性流动。分子间作用用力:小小,在较较低温度度下可产产生分子子相对位位移,如如PS(1112-1466)。大:粘流温温度高,如如PVCC的粘流流温度(1165-1900)零剪切时,为为零切粘粘度。假塑区:中中等剪切切速率区区,是一一段反SS的曲线线,斜率率,该区区域的表表观粘度度为曲线线上一点点引斜率率为1的的直线与与的直线线相交点点。通常常高分子子的成型型所
14、受的的剪切速速率处于于该区域域,增大大,减少少。第二牛顿区区:为高高剪切速速率区,一一般实验验室达不不到该区区域,因因为未达达到该区区域的值值前,已已出现不不稳定流流动,斜斜率为11,直线线外推至至直线所所得为粘粘度五章 高分子子材料混混合与制制备1. 物料的混合合有哪三三种基本本运动形形式?聚聚合物成成型时熔熔融过程程的混合合以哪一一种运动动形式为为主?为为什么?答:分子扩扩散;涡涡流扩散散;体积积扩散。 以涡流流扩散为为主,因因为熔体体与熔体体的混合合不是靠靠分子扩扩散和体体积扩散散来实现现的,在在加工中中,由于于物料的的运动速速度达不不到杂流流,而且且黏度又又高,所所以要熔熔体的流流速很
15、高高,势必必要对聚聚合物施施加极高高的剪切切速率。2. 什么是“非非分散混混合”,什么么是“分散混混合”, 两两者各主主要通过过何种物物料运动动和混合合操作来来实现?答:非分散散混合:在混合合中仅增增加粒子子在混合合物中空空间分布布均匀性性而不减减小粒子子初始尺尺寸的过过程。通通过对流流来实现现的可以以通过赛赛形流动动和不需需要物料料连续变变形的简简单体积积排列和和置换得得到。分散混合:在混合合过程中中发生粒粒子尺寸寸减小到到极限值值,同时时增加相相界面和和提高混混合物组组分均匀匀性的混混合过程程。靠剪剪切应力力和拉伸伸应力实实现的。3. 为什么评定定固体物物料的混混合状态态时不仅仅要比较较取
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