高分子材料加工流变学.docx

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流变学属于什么领域及由什么内容形成？领域 :介于力学,:
伽利略：提出“内聚粘性”；胡克：争论弹性固体，提出了应 力——应变的关系；牛顿：争论粘性液体，提出了流体应力——切变 速率的关系；宾汉：觉察了“宾汉流体”，命名了“流变学”；门尼： 制造了门尼粘度计，改善了橡胶质量掌握手段；泊肃叶：提出了泊肃 叶方程，表示了粘性流体沿水平放置的圆形管道做层流时的流量，可 用来计算粘性损耗，测量流体的粘度。
流变学的争论内容：借助高分子物理和加工理论解释材料在应力作用下各种力学行为与各因素之间的关系，解决高分子材料应用工程的问题。
影响聚合物加工性能的流变性质？
断裂特性；粘度〔流淌性的量度〕；弹性记忆效应〔挤出膨胀〕。。
； ；
，正确使用机械，创加工机械格外重要。？在其作用下各产生什么
流淌？
答：A 剪切应力(τ)：产生剪切流淌，如挤出机口模注塑机流道炼塑(胶)机辊间。B 拉伸应力(σ)：产生拉伸流淌，如薄膜电线包覆。C 流体表压力〔P〕：产生压力流〔泊肃叶流淌〕，如两平面间缝隙、圆管中的泊肃叶流淌。？
答 A 流淌机理的分段流淌；低分子：整个分子移动〔跃动〕→实现流淌；高分子：分段移动→实现流淌。B 粘度大，流淌困难，且粘度不是一个常数。C 流淌时有构象变化，产生“弹性记忆效应”，加工过程中聚合物流淌性质主要表现为粘度变化，粘度〔及变化〕是聚合 物加工过程中重要的参数。
？答：聚合物卷曲的分子链在外力作用下，产生流变，并产生分子链相对位移以及高弹形变
〔链伸展、构象变化〕。由于聚合物在流变过程中，不仅有真实的流淌〔塑性形变〕，还伴随非真实流淌〔高弹形变〕，外力除去→回缩
→“弹性记忆”〔如挤出后会有膨胀收缩现象〕。？
答：牛顿流体流淌定律：τ=η*γ；牛顿型流体：牛顿型流淌的流 体，η 不随τ 和γ 的大小而转变，在肯定温度下始终保持常数的流体。其流淌特点即为η 与T、P 有关，与流体的性质有关，与 τ、γ 无关。
什么是流淌曲线？知道：流淌曲线可定量、现象化地表征流体的流淌行为。
答：流淌曲线：不同温度下τ 对γ 或η 对γ 作图所得的曲线〔γ 和τ 的关系曲线〕。
非牛顿粘性流体可分为哪三种？
答：A 粘性系统〔流体〕；B 有时间依靠性的系统〔流体〕；C 粘弹性系统〔流体〕。
假塑性流体的流变行为〔特点〕？为什么会产生“剪切变稀” 现象？什么类型的高聚物加工时属于此流体？
答：流变行为〔特点〕：A 剪切速率 γ 变化大于剪切应力 τ；Bηa
〔表观粘度〕随 τ 或 γ 增加而减小，故称“剪切变稀流体”。剪切变稀现象产生缘由：流淌在剪切应力 τ 的作用下，除发生真正的粘性流淌外，还发生了高弹形变；大分子线团在外力作用下解开了原来的缠 结〔解取向〕并沿外力方向发生取向，导致 ηa 下降，流淌阻力降低。即产生了剪切变稀现象。此类型流体：橡胶、大多数热塑性塑料、聚 合物浓溶液等
膨胀性流体和宾汉流体的流变行为？这些行为产生的缘由？ 答：A 膨胀性流体〔胀塑性流体、胀塑性流体〕：特点〔流变行
为〕：ηa 随 τ、γ 的提高而增大，也称为“剪切增稠”流体。
产生缘由：流体在剪切应力 τ 的作用下，大分子线团由于碰撞相结合而形成的聚拢构造，使流体阻力增大，ηa 提高。
B 宾汉流体〔塑性流体〕：特点〔流变行为〕：塑性流淌行为，即在τ＜τy〔临界应力〕时，流体不流淌，只发生切应变，相当于虎克固定；τ＞τy〔临界应力〕时，才开头塑性流淌，显示假塑性。
产生缘由：τ 超过临界应力 τy，破坏静止时形成的三度空间构造而实现流淌
炭黑填充橡胶，为什么要使混炼胶的 τy 〔屈服应力、临界应力〕适当增大？
答：适中选炭黑品种和用量，使 τy 增大，可以使胶料和半成品在停放时不易变形，挺性好；这对于丁基内胎生产尤为重要。炭黑用量 多，炭黑构造性高，使混炼胶的屈服强度提高。挤出物外观好；然而 τy 大也会使物料挤出 t 在肯定程度上提高，造成挤出困难，动力消耗提高，加工性能降低。
触变性流体和震凝性流体的区分？
答：触变性流体：恒定 τ、γ 下，t 提高而 τ 下降；或 t 提高而 ηa 下降。震凝性流体〔负触变性流体〕：恒定τ、γ 下，t 提高而τ 下降； 或t 提高而 ηa 亦提高。
为什么触变行为在涂料工业中格外重要？
答：A 涂敷时：涂料粘度η 要低，使涂层外表平滑，具有流平性。B 涂敷后：涂料η 要高，防止流滴损失，使涂层外表没有流痕，分布均匀。
非牛顿流体指数定律中的 n 是什么物理量？试简述之。
答：非牛顿流体指数定律：τ=K*γn； n=表征流体偏离牛顿型流体的程度。n=1：牛顿流体〔K 与η 相当，即为牛顿粘度定律〕；
n<1：剪切变稀的假塑性流体；n>1：剪切增稠的膨胀性流体。 当n 值下降，偏离牛顿流体越远，粘度随γ 的上升而降低的越多，
流变性越强〔流体变得更敏感〕注： K：流体的稠度〔稠度指数〕， K 上升则流体越粘。
把握流变学的另一常用公式 τ=ηa*γ，知道 ηa 为表现粘度及ηa 的特点。
答：表现粘度 ηa：由于假塑性流体的粘度随 γ 和 τ 而变化，所以
可用流淌曲线上某一点的τ 与γ 的比值，来表示在某一γ 值时的粘度， 这种粘度称为表现粘度。
ηa 的特点：⑴变量 ηa 随 γ、τ 的不同而不同；
⑵流淌性大小的衡量参数；⑶ηa<η〔真实粘度〕。η 真=η 不行逆+η 可逆〔高弹〕；ηa 表示瞬时粘度值。
说明粘度与流淌性的关系。
答：⑴流淌性好与不好，实质上指聚合物流体的粘度的大小；⑵ 粘度是表示聚合物流体流淌
性好坏的一项指标。
简述假塑性流体在整个γ 范围内流淌曲线答：A 第一流淌区(Ⅰ)： 第一牛顿区，γ 很小，图像呈一段直线，流体呈牛顿体系，ηa 为常数。B 其次流淌区(Ⅱ)：呈非牛顿区，γ 上升，图像为向轴弯曲的曲线,此时ηa 不为常数。C 第三流淌区(Ⅲ)：其次牛顿流淌区，γ 很高，图像呈直线，ηa 恒定〔ηa 不依靠γ 或τ 的变化〕；γ 很高时,粘度越小，且趋向一极限值，该值称为极限粘度η∞，表示无限大γ 或τ 下〔γ 或τ→∞〕 的粘度,又称其次牛顿粘度
如何确定 ηo 答：Ⅰ区直线的延长线与 lgγ=0〔γ=1〕处的垂 线的交点所代表的 τo 确定 ηo；ηo 为假塑性流体的最大粘度，可知聚合物流体最粘的程度，即作为聚合物粘度的标准。Ⅱ区：ηa 变化呈两种趋势：①剪切变稀：γ 增大，ηa 下降〔假塑性流体〕；②剪切增稠： γ 增大，ηa 上升〔膨胀性流体〕。Ⅲ区：ηa 恒定〔ηa 不依靠 γ 或 τ 的变化〕。
实际加工过程中，γ 在哪个区？为何γ 的选取范围较窄？
答：实际加工过程中，聚合物γ 处在非牛顿区(Ⅱ，中等γ 范围)； γ 范围很窄，一般选取 γ 为 —2 个数量级的范围，此时粘度变化不太大，流淌曲线为直线，流淌平稳，便于加工。
从大分子本身〔分子构造〕考虑，什么是影响流变性〔ηa〕的主要因素？
答：主要因素：构象、尺寸、缠结点的变化；分子的自由体积 Vf 和大分子缠结。
说明 T 对粘度的影响。
答：A、T 上升，ηa 下降，流淌性增加，使加工操作便利产量提高，动力消耗削减；T 上升，分子活动性增加，大分子间距增大，摩擦力降低，流淌阻力减小，从而 ηa 下降。
B 加工处理时应留意 Tg、Tf、Tm、Td的影响，防止上升 T 而过热的焦烧〔提前硫化〕。 的含义？可用它来表征什么？
答：粘流活化能 Eη：分子链流淌时用于抑制分子间作用力以便更换位置所需要的能量。Eη 表征 η 对 T 的依靠性；即 Eη 上升则 η 对 T 的依靠性越强，T 上升其 η 下降得越多。 ηa 对温度的敏感性: 塑料> T 敏感,故通过调整 T 来调教塑料熔体的η—流淌性。橡胶的 Eη: NBR(丁腈
橡胶) 、NR〔自然橡胶〕、IIR〔丁基橡胶〕。25．知道 ηa 对温度的敏感性指标。
Eη 用“相对流淌度指数”〔RFI〕来表征，即在给定 γ，相差 40℃ 两个温度下的 η〔T1〕>η〔T2〕值。其比值高，则对 T 更敏感。27. 知道γ 增大 ηa 降低及其缘由。
缘由：γ 增大使聚合物分子链取向程度低，流淌阻力减小，分子链间得缠结点解脱，从而造成 ηa 降低。
ηa 对 γ 的依靠性在生产实践中意义实际生产中如炼胶、压延、挤出、注射时。
1)、γ 高使 ηa 降低，胶料松软，流淌性好，符合工艺上的要求， 生产快，不易焦烧；2)、流淌停顿时〔即胶料或半成品停放时，γ 趋于0〕，从而使得 ηa 变的很大，使得胶料有良好的挺性，半成品停放时不易变形，不会发粘；如胶鞋等放在蒸汽硫化罐中硫化时不会发生流 动变形，从而有利于提高质量。 3〕、ηa 降低时，熔体易于加工，充模时较易流过窄小的流道，可以使大型注射机、挤出机运转时所需的 能量降低。4〕、γ 太高，可以使挤出半成品膨胀收缩率不均匀，制品外表不光滑；同时 τ 太大，纺织物擦胶时易压破。因此在加工时应留意 γc
〔临界剪切速率〕。
?对无机填充剂进展外表改性处理的意义?
、参加炭黑使 ηa 上升：炭黑用量提高，粒径减小以及构造性提高，使 ηa 上升〔即炭黑有增粘作用〕。
其中炭黑用量提高，使相互作用增加，缠结点也增多，从而流淌 阻力提高，ηa 上升；粒径减小使粒子数增多，炭黑的总外表积较大， 使两者间作用较强，阻力提高，从而 ηa 较高。橡胶与炭黑相互作用， 一个炭黑李子外表可吸附好几条分子链，形成缠结点，阻碍分子链运 动和滑移，使胶料 ηa 提高。
、CaCO3 为刚性粒子，不易变形，因此阻力提高，且会增大
分子链与 CaCO3 颗粒间的摩擦作用，从而 ηa 提高。外表处理的意义： 增大材料的流淌性，改善填料与基体的相容性和分散性，从而提高复
合材料性能
及流变性影响1〕、分子量：分子量上升，则流体消灭非牛
顿流淌的 γ 值降低，流变性增加。缘由：分子量上升，松弛时间提高，则流淌过程中不易松弛收缩，从而降低了收缩这局部阻力；另 外分子量上升使聚合物中的缠结点变多，产生了很多易解脱的局部， 从而使 ηa 下降更加简洁。2〕、分子量分布：γ 较小时，ηa〔宽〕> ηa 〔窄〕；由于分子量一样而分布宽得聚合物有较多的特长和特短的分子，特长分子链对 ηa 的奉献大。
γ 增大时，分子量分布宽的首先消灭 ηa 下降，即消灭非牛顿运动的 γ 值比窄的小〔γ 宽>γ 窄〕；宽得 ηa 下降得较快，即非牛顿性较强，对γ 较为敏感。
缘由：⑴特长分子链不易松弛收缩，从而降低了这局部阻力；⑵ 特短分子链在较小 γ〔τ〕下易解脱缠结和去向；⑶随着 γ 的上升，已取向的短分子链起内增塑作用，使 ηa 很快下降。另外开头消灭非牛顿性流淌的 γ 值随分子量分布加宽而下降，这在生产中有重要意义：通常加工的 γ 较高，ηa 较低，所以一般性分布或分布宽得更易挤出或模塑加工。 T、γ 对流变性的影响。针对不同得聚合物〔T、γ 的
敏感性〕，加工时如何调控其流淌性？
A、对 γ 敏感的高聚物，调整加工机械速度〔γ〕来调整流淌性
〔ηa〕；
B、对γ 敏感性小的高聚物，调整T 来调整流淌性；否则当T 不够高时，盲目提高γ 会有损坏机械设备的危急〔如扭断螺杆〕。
,聚合物流淌性(ηa)降低？由于压力、温度的等效性可知，上升压力相当于降低温度，等效值〔△T/△P〕η 约为〔3~9〕
×10-2℃/大气压。因此压力上升，聚合物的流淌性降低。
34. 软化—增塑剂的参加对聚合物的流淌性有何影响？其工作原理？ 下降，可以改善聚合物的流淌性，使其加工温度降低；
:a、软化—增塑剂的参加可以增大分子链间距 ,起到稀释作用;b、其屏蔽 J 聚合物分子中极性基团的作用,降低J 作用力和流淌阻力
35. 什么样得共混是我们所期望的？
通过共混材料 ηa 下降而便于加工，且性能不