聚合物流變學(xué)復(fù)習(xí)題參考答案

1、聚合物流變學(xué)復(fù)習(xí)題一、名詞解釋（任選5小題，每小題2分，共10分）：1、蠕變：在一定溫度下，固定應(yīng)力，觀察應(yīng)變隨時(shí)間增大的現(xiàn)象。 應(yīng)力松弛：在溫度和形變保持不變的情況下，高聚物內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸衰減的現(xiàn)象。 或應(yīng)力松弛：在一定溫度下，固定應(yīng)變，觀察應(yīng)力隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象。2、時(shí)溫等效原理：升高溫度和延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)分子運(yùn)動(dòng)及高聚物的粘彈行為是等效的，可用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子T將 某一溫度下測(cè)定的力學(xué)數(shù)據(jù)變成另一溫度下的力學(xué)數(shù)據(jù)。3、熔體破裂：聚合物熔體在高剪切速率時(shí)，液體中的擾動(dòng)難以抑制并易發(fā)展成不穩(wěn)定流動(dòng)，引起液流破壞的現(xiàn)象。 擠出脹大：對(duì)粘彈性聚合物熔體流出管口時(shí)，液流直徑增大膨脹的現(xiàn)象。4、熔融指數(shù)

2、：在標(biāo)準(zhǔn)熔融指數(shù)儀中，先將聚合物加熱到一定溫度，使其完全熔融，然后在一定負(fù)荷下將它在固定直徑、固定長(zhǎng)度的毛細(xì)管中擠出，以十分鐘內(nèi)擠出的聚合物的質(zhì)量克數(shù)為該聚合物的熔融指數(shù)。5、非牛頓流體：凡不服從牛頓粘性定律的流體。 牛頓流體：服從牛頓粘性定律的流體。6、假塑性流體：流動(dòng)很慢時(shí)，剪切粘度保持為常數(shù)，而隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增大，粘度反常地減少剪切變稀的流體。 膨脹性流體：剪切速率超過某一個(gè)臨界值后，剪切粘度隨剪切速率增大而增大，呈剪切變稠效應(yīng)，流體表觀“體積”略有膨脹的的流體。7、粘流活化能：在流動(dòng)過程中，流動(dòng)單元（即鏈段）用于克服位壘，由原位置躍遷到附近“空穴”所需的最小能量。8、極限粘度h

3、：假塑性流體在第二牛頓區(qū)所對(duì)應(yīng)的粘度（即在切變速率很高時(shí)對(duì)應(yīng)的粘度）。9、斷裂韌性K1C：表征材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是材料抵抗脆性破壞能力的韌性指標(biāo)，其中，sb為脆性材料的拉伸強(qiáng)度；C為半裂紋長(zhǎng)度；E為材料的彈性模量；為單位表面的表面能。10、拉伸流動(dòng)：當(dāng)粘彈性聚合物熔體從任何形式的管道中流出并受外力拉伸時(shí)產(chǎn)生的收斂流動(dòng)。 或拉伸流動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)速度僅沿流動(dòng)方向發(fā)生變化的流動(dòng)。 剪切流動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)速度僅沿著與流動(dòng)方向垂直的方向發(fā)生變化的流動(dòng)。11、法向分量：作用力的方向與作用面垂直即稱為應(yīng)力的法向分量。 剪切分量：作用力的方向與作用面平行即稱為應(yīng)力的剪切分量。12、粘流態(tài)：是指高分子材料處于流動(dòng)溫度（

4、Tf）和分解溫度（Td）之間的一種凝聚態(tài)。 13、賓漢流體：在流動(dòng)前存在一個(gè)剪切屈服應(yīng)力y。只有當(dāng)外界施加的應(yīng)力超過屈服應(yīng)力才開始流動(dòng)的流體。14、穩(wěn)定流動(dòng)：流動(dòng)狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。15、疲勞斷裂：材料在一個(gè)應(yīng)力水平低于其斷裂強(qiáng)度的交變應(yīng)力作用下，經(jīng)多次循環(huán)作用而斷裂。16、蠕變斷裂：材料在一個(gè)低于其斷裂強(qiáng)度的恒定應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下發(fā)生斷裂，也叫做靜態(tài)疲勞。17、環(huán)境應(yīng)力開裂：材料在腐蝕性環(huán)境（包括溶劑）和應(yīng)力的共同作用下發(fā)生開裂。18、磨損磨耗：一種材料在與另一種材料的摩擦過程中，其表面材料以小顆粒形式斷裂下來。19、疲勞:材料或構(gòu)件在周期應(yīng)力（交變載荷）的作用下斷裂或失效的現(xiàn)象。20、

5、疲勞強(qiáng)度：當(dāng)試驗(yàn)應(yīng)力降低到試樣承受循環(huán)次數(shù)107以上而不發(fā)生疲勞斷裂，則稱該應(yīng)力為無限次循環(huán)下不發(fā)生疲勞破壞的持久極限Sr，也稱疲勞極限或疲勞強(qiáng)度。21、脆性斷裂屈服前的斷裂，拉伸中試片均勻形變，斷面較平整。22、力學(xué)狀態(tài)高聚物的力學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的特征狀態(tài)；23、銀紋（又稱裂紋）：聚合物在張應(yīng)力的作用下，在材料某些薄弱的地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生的局部的塑性 形變和取向，以至于在材料的表面或者內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向出現(xiàn)微細(xì)凹槽的現(xiàn)象。24、銀紋質(zhì)（體）聯(lián)系起兩銀文面的束狀或高度取向的聚合物。25、零切黏度 剪切速率趨向于零時(shí)的熔體黏度，即流動(dòng)曲線的初始斜率。26、Boltzmann原理聚合物的力學(xué)松

6、弛行為是其整個(gè)受力歷史上諸松弛過程的線性加和的結(jié)果。 27、非牛頓性指數(shù)：冪律公式中的n是表征流體偏離牛頓流動(dòng)的程度的指數(shù)，稱為非牛頓指數(shù)。28、粘彈性：外力作用下，高聚物材料的形變行為兼有液體粘性和固體彈性的雙重特性，其力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間變化而呈現(xiàn)出不同的力學(xué)松弛現(xiàn)象的特性稱為粘彈性。29、表觀粘度：與牛頓粘度定義相類比，將非牛頓流體的粘度定義為剪切應(yīng)力與剪切速率之比，其值稱為表觀粘度，即。屈服與斷裂屈服現(xiàn)象與屈服點(diǎn)普彈性、高彈性、強(qiáng)迫高彈性粘彈性與熵彈性脆化溫度與耐寒性應(yīng)力集中與應(yīng)力松弛28、拉伸強(qiáng)度與斷裂強(qiáng)度29、沖擊強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度30、出口膨脹與頸縮31、銀紋：聚合物在張應(yīng)力作用下，于材料

7、某些薄弱地方出現(xiàn)應(yīng)力集中而產(chǎn)生局部的塑性形變和取向，以至在材料表面或內(nèi)部垂直于應(yīng)力方向上出現(xiàn)長(zhǎng)度為100m、寬度為10m左右、厚度約為1m的微細(xì)凹槽。 裂紋二、簡(jiǎn)答題（可任選答8題，每題5分，共40分）：1、簡(jiǎn)述聚合物流變性有何特點(diǎn)？答：聚合物的流變性有如下特點(diǎn)：（1）多樣性 聚合物分子結(jié)構(gòu)有線性結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等，其分子鏈可呈剛性或柔性，因此，其流變行為多種多樣。固體高聚物的變形在不同環(huán)境條件下可呈現(xiàn)線性彈性、橡膠彈性及粘彈性。聚合物溶液和熔體的流動(dòng)可呈現(xiàn)線性粘性、非線性粘性、塑性、觸變性等不同的流變行為。（2）高彈性 是聚合物特有的流變行為。輕度交聯(lián)的聚合物在高于玻璃化溫度時(shí)，可發(fā)

8、生很大的變形。在拉伸試驗(yàn)中，其伸長(zhǎng)可達(dá)原來長(zhǎng)度的幾倍，且這種變形是能完全回復(fù)的，這就是橡膠彈性。（3）時(shí)間依賴性 聚合物的變形或流動(dòng)具有較強(qiáng)的時(shí)間依賴性。同一聚合物在短時(shí)間應(yīng)力作用下呈現(xiàn)彈性變形，而在較長(zhǎng)時(shí)間作用下則呈現(xiàn)粘性變形。這與聚合物長(zhǎng)鏈分子的結(jié)構(gòu)以及分子鏈之間互相纏結(jié)有關(guān)。2、何為粘彈性？為什么聚合物具有明顯的粘彈性？舉例介紹塑料制品應(yīng)用和塑料加工中的粘彈性現(xiàn)象？3、聚合物的加工性體現(xiàn)在哪幾方面？答：聚合物的加工性體現(xiàn)在以下方面：（1）聚合物具有可模塑性 聚合物材料在溫度和壓力作用下產(chǎn)生形變并能在模具中成型、固定的能力。（2）可擠壓性 是指聚合物通過擠壓作用下能產(chǎn)生形變并保持形狀的能力

9、。只有在粘流態(tài)時(shí)才能擠壓成型。在擠壓過程中，聚合物熔體受到剪切作用。聚合物熔體的剪切粘度和拉伸粘度的差別是聚合物可擠壓性的重要依據(jù)之一，即聚合物的流變性。（3）可紡性 是指聚合物材料通過加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力。（4）可延性 是指無定形或半結(jié)晶固體聚合物在一個(gè)或二個(gè)方向上受到壓延或拉伸時(shí)變形的能力。（5）在成型加工過程中，聚合物會(huì)發(fā)生一些物理和化學(xué)變化，如在某條件下，聚合物能夠結(jié)晶或改變結(jié)晶度，能借外力作用產(chǎn)生分子取向。當(dāng)聚合物分子鏈中存在薄弱環(huán)節(jié)或有活性反應(yīng)基團(tuán)（活性點(diǎn)）時(shí)，還能發(fā)生降解或交聯(lián)反應(yīng)。（6）加工過程出現(xiàn)的這些物理和化學(xué)變化不僅能引起聚合物出現(xiàn)如力學(xué)、光學(xué)、熱性質(zhì)以及其它性質(zhì)

10、的變化，且對(duì)加工過程本身也有影響。這些物理和化學(xué)有些對(duì)制品性質(zhì)是有利的，有些則有害。4、聚合物在加工過程中應(yīng)采用什么措施來防止其降解？答：聚合物在加工過程中應(yīng)采用以下措施來防止其降解：（1）嚴(yán)格控制原材料技術(shù)指標(biāo)，盡量去除聚合物中的水分和催化劑殘留等雜質(zhì)。（2）確定合理的加工工藝和加工條件，使聚合物能在不易產(chǎn)生降解的條件下加工成型，如加工溫度一定要控制在熔融溫度與分解溫度之間，而剪切速率控制在臨界分解剪切速率以下。（3）加工設(shè)備和模具應(yīng)有良好的結(jié)構(gòu)。應(yīng)消除設(shè)備中與聚合物接觸部分可能存在的死角或縫隙，減少過長(zhǎng)的流道，改善加熱裝置，提高溫度顯示裝置的靈敏度和冷卻系統(tǒng)的冷卻效率。（4）在配方中使用抗

11、氧劑、穩(wěn)定劑等以加強(qiáng)聚合物對(duì)降解的抵抗能力。5、聚合物在加工過程中影響結(jié)晶的因素有哪些？答：加工過程中影響結(jié)晶的因素有：（1）冷卻速度 聚合物從Tm以上降到Tg以下的冷卻速度，實(shí)際上決定了晶核生成和晶體生長(zhǎng)的條件。當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度接近最大結(jié)晶溫度時(shí)，屬緩慢冷卻，冷卻速度慢，易形成大的球晶，性脆，易開裂；當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度在Tg以下很多時(shí)，冷卻速度快，屬快速冷卻，類似“淬火”，制品體積松散，結(jié)晶不均勻?qū)е聝?nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，另后結(jié)晶大，尺寸變化大；當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度在Tg以下附近時(shí)，屬中等冷卻，表面較快冷卻，而內(nèi)部冷卻慢，有利結(jié)晶完善。（2）熔融溫度和熔融時(shí)間 聚合物的熔融溫度低和熔融時(shí)間短，體系存在的晶核引起異

12、相結(jié)晶，結(jié)晶速度快，晶體尺寸小而均勻，并有利于提高制品的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性和熱變形溫度。（3）應(yīng)力作用 在剪切和拉伸應(yīng)力作用下，熔體中往往生成一長(zhǎng)串纖維狀晶體，隨著應(yīng)力或應(yīng)變速率增大，晶體中伸直鏈含量增多，晶體熔點(diǎn)升高。低壓下易生成大而完整的球晶，高壓下則生成小而形狀不規(guī)則的球晶。（4）固體雜質(zhì)、低分子物等 滑石粉、氧化硅等固體雜質(zhì)能促進(jìn)熔體的結(jié)晶，可作為成核劑，加入成核劑是聚合物加工的一個(gè)重要手段，可提高制品的結(jié)晶速度和結(jié)晶完整性，從而提高加工性能和制品的性能。第二章 基本物理量和線性粘性流動(dòng)1、簡(jiǎn)述線性彈性變形的特點(diǎn)。答：線性彈性變形的特點(diǎn)如下：（1）變形小 在線性彈性變形中，只涉及聚合物分

13、子中化學(xué)鍵的拉伸、鍵角變化和鍵的旋轉(zhuǎn)。因此，其變形量很小，變形時(shí)不涉及鏈段的運(yùn)動(dòng)或整個(gè)分子鏈的位移。（2）變形無時(shí)間依賴性 變形是瞬間發(fā)生的，且不隨時(shí)間而變化。（3）變形在外力移除后完全回復(fù) 變形能完全回復(fù)，且也是瞬時(shí)完成的，無時(shí)間依賴性。（4）無能量損失 外力在變形時(shí)轉(zhuǎn)化成材料的內(nèi)能貯存起來。外力釋放后，內(nèi)能釋放使材料完全回復(fù)。在整個(gè)變形和回復(fù)過程中無能量損失。因此，線性彈性也稱為能彈性。（5）應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系：=E2、聚合物的粘性流動(dòng)有何特點(diǎn)?為什么？答：聚合物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)如下：（1）變形的時(shí)間依賴性 在線性粘性流動(dòng)中，達(dá)到穩(wěn)定態(tài)后，剪切速率不變，但流體的變形=t/隨時(shí)間不斷發(fā)展，即

14、變形有時(shí)間依賴性。（2）流體變形的不可回復(fù)性 粘性流體的變形是永久變形。因聚合物熔體發(fā)生流動(dòng)時(shí)，涉及到分子鏈之間的相對(duì)滑移，顯然，這種變形是不能回復(fù)的。（3）能量散失 外力對(duì)流體所作的功在流動(dòng)中轉(zhuǎn)為熱能而散失，這一點(diǎn)與彈性變形過程中貯能完全相反。（4）正比性 線性粘性流動(dòng)中剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變速率成正比，粘度與剪切應(yīng)變速率無關(guān)。1、列舉改善下列高分子材料力學(xué)性能的主要途徑：1）提高結(jié)構(gòu)材料的抗蠕變性能； 2）減小橡膠材料的滯后損失；3）提高材料的拉伸強(qiáng)度； 4）提高材料的沖擊強(qiáng)度。解：1）提高結(jié)晶度，提高交聯(lián)度；2）提高交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的完善程度，降低永久形變；3）填充高模量填料，提高結(jié)晶度，引入氫鍵或

15、剛性基團(tuán)；4）將塑料與橡膠共混，或與纖維復(fù)合。2、聚合物的結(jié)晶熔化過程與玻璃化轉(zhuǎn)變過程本質(zhì)上有何不同？試從分子運(yùn)動(dòng)角度比較聚合物結(jié)構(gòu)和外界條件對(duì)這兩個(gè)轉(zhuǎn)變過程影響的異同。解：聚合物的結(jié)晶熔化過程是隨著溫度的升高，聚合物晶區(qū)的規(guī)整結(jié)構(gòu)遭受破壞的過程。從熔點(diǎn)的熱力學(xué)定義出發(fā)，熔點(diǎn)的高低是由熔融熱H與熔融熵S決定的。一般的規(guī)律是，熔融熱H越大，熔融熵S越小，聚合物的熔點(diǎn)就越高。聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變過程是隨溫度升高，分子鏈中鏈段運(yùn)動(dòng)開始，由此會(huì)導(dǎo)致一系列性質(zhì)的突變。因此，分子鏈的柔性越好，鏈段開始運(yùn)動(dòng)所需要的能量越低，其玻璃化溫度就越低。3、簡(jiǎn)要回答：聚碳酸酯和聚甲醛的加工中，為了降低熔體的粘度，增大其

16、流動(dòng)性，分別用提高溫度或提高切變速率的辦法。問這兩種材料分別選擇哪種方法更有效？說明原因。解：根據(jù)切變速率和溫度對(duì)聚合物流體的粘度的影響規(guī)律，可知?jiǎng)傂枣湹恼沉骰罨茌^高，因此對(duì)溫度敏感；而柔性鏈由于具有較多的纏結(jié)，因而對(duì)切變速率較為敏感。參考兩種聚合物的結(jié)構(gòu)，可知聚碳酸酯為剛性鏈，提高溫度對(duì)降低粘度、提高流動(dòng)性更有效。而聚甲醛為柔性鏈，提高切變速率則對(duì)降低粘度、增大流動(dòng)性更有效。4、解釋如下現(xiàn)象：1）聚合物的Tg開始時(shí)隨分子量增大而升高，當(dāng)分子量達(dá)到一定值之后，Tg變?yōu)榕c分子量無關(guān)的常數(shù)；2）聚合物中加入單體、溶劑、增塑劑等低分子物時(shí)導(dǎo)致Tg下降。解：1）由于分子鏈中端基受限最少，其運(yùn)動(dòng)最為容

17、易。所以，當(dāng)分子鏈中端基所占比例越大（即分子最越低）時(shí)，Tg越低。當(dāng)分子量大到一定程度后，端基在分子鏈中的比例可以忽略時(shí)，Tg就不會(huì)再隨分子量增大而升高了。2）當(dāng)聚合物中加入低分子物質(zhì)（如單體、溶劑或增塑劑）后，其分子鏈間距會(huì)增大，分子間作用力減小，導(dǎo)致鏈段開始運(yùn)動(dòng)所需要的溫度（Tg）降低。5、指出下列高分子材料的使用溫度范圍（Tm，Tg）：非晶態(tài)熱塑性塑料，晶態(tài)熱塑性塑料，熱固性塑料，硫化橡膠，涂料。答：非晶態(tài)熱塑性塑料：使用溫度在Tg以下（或TbTg之間）；（1 分）晶態(tài)熱塑性塑料：使用溫度在Tm 以下（或TbTm之間）；（1 分）熱固性塑料：使用溫度在其分解溫度Td以下（或TbTd之間）

18、；（1 分）硫化橡膠：使用溫度在Tg以上（或TgTd之間）；（1 分）涂料：使用溫度在Tg以下。（1 分）6、兩個(gè)牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過程中，A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。成絲后將這兩種聚丙烯絲放在363K的環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)兩者的收縮率有很大不同。哪一種絲的收縮率高？說明理由。解：冰水冷卻的收縮率高。兩個(gè)牽伸比相同的聚丙烯的紡絲過程，A用冰水冷卻，B用333K的熱水冷卻。在兩種不同的冷卻過程中，由于溫度不同，導(dǎo)致兩種條件下結(jié)晶的完善程度不同。用冰水冷卻時(shí)，由于溫度迅速降低，導(dǎo)致聚丙烯結(jié)晶不完善，升溫至363K的環(huán)境中，由于聚丙烯會(huì)出現(xiàn)二次結(jié)晶，并且形成較完善的晶體，導(dǎo)致體積的收縮率較大

19、；而用333K的熱水冷卻時(shí)，由于溫度較高，導(dǎo)致聚合物的結(jié)晶較為完善，在升溫至363K的環(huán)境后，體積收縮率較小。7、提高聚合物的耐熱性的措施有哪些？其中哪些是通過改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)的？解：高溫下聚合物可以發(fā)生降解和交聯(lián)。降解是高分子的主鏈斷裂，導(dǎo)致分子量下降，材料的物理-力學(xué)性能變差。交聯(lián)使高分子鏈間生成化學(xué)鍵，引起分子量增大。適度交聯(lián)可以改善聚合物的耐熱性和力學(xué)性能。但交聯(lián)過度，會(huì)使聚合物發(fā)硬變脆。聚合物的熱降解和交聯(lián)與化學(xué)鍵的斷裂或形成有關(guān)，化學(xué)鍵的鍵能越大，材料的耐熱性就越好。概括起來，提高聚合物耐熱性的途徑有三：1）盡量減少或避免高分子鏈中弱鍵，利用強(qiáng)極性取代基增強(qiáng)CC鍵的耐熱性

20、等。2）將聚合物適度交聯(lián)可在提高強(qiáng)度的同時(shí)，提高聚合物的耐熱性。3）在聚合物主鏈中引入苯環(huán)、脂環(huán)或合成“梯形”、螺形“結(jié)構(gòu)的聚合物，提高分子鏈的剛性。8、說明聚合物的蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗現(xiàn)象。并簡(jiǎn)要說明為什么聚合物具有這些現(xiàn)象？（5 分）答：蠕變是指在一定的溫度和較小的恒定應(yīng)力作用下，材料的應(yīng)變隨時(shí)間的增加而增大的現(xiàn)象（1 分）；應(yīng)力松弛是在恒定溫度和形變保持不變的情況下，聚合物內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象（1 分）；聚合物在交變應(yīng)力作用下應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象稱為滯后（1 分）；由于發(fā)生滯后現(xiàn)象，在每一循環(huán)變化中，作為熱損耗掉的能量稱為力學(xué)損耗（1 分）。 由于高分子鏈可以通過鏈

21、段運(yùn)動(dòng)使分子鏈進(jìn)行重排或質(zhì)心滑移，從而使應(yīng)力松弛，因此聚合物可以出現(xiàn)蠕變或應(yīng)力松弛現(xiàn)象；而在交變應(yīng)力作用下，因?yàn)殒湺蔚倪\(yùn)動(dòng)受阻于內(nèi)磨擦力，因此會(huì)出現(xiàn)滯后和內(nèi)耗。（1 分） 9、至少從 5 個(gè)方面對(duì)比總結(jié)脆性斷裂與韌性斷裂的區(qū)別。（5 分）答：下列可任選五個(gè)對(duì)比項(xiàng)，每小項(xiàng)0.5 分，總計(jì)5 分 脆性斷裂 韌性斷裂 屈服 不存在 先屈服，再斷裂 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 線性的 非線性的 斷裂伸長(zhǎng)率 較小 較大 斷裂面 光滑 粗糙 斷裂能 較小 較大 應(yīng)力分量 由張應(yīng)力分量引起 由切應(yīng)力分量引起 10、對(duì)聚合物熔體的粘性流動(dòng)曲線劃分區(qū)域，并說明區(qū)域名稱及對(duì)應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。答：第一牛頓

22、區(qū)：粘度為零切粘度0。此時(shí)由于切變速率很小，雖然纏結(jié)結(jié)構(gòu)能被破壞，但破壞的速率等于形成的速率，纏結(jié)點(diǎn)數(shù)目處于動(dòng)態(tài)平衡，故粘度保持恒定，表現(xiàn)為牛頓流體的流動(dòng)行為； （1.5 分）假塑區(qū)：粘度為表觀粘度a 。當(dāng)切變速率增大時(shí)，纏結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞的速度越來越大于其形成速度，纏結(jié)點(diǎn)數(shù)目逐漸減少，故粘度不為常數(shù)，隨切變速度的增大而減小，表現(xiàn)出假塑性流體的流動(dòng)行為； （1.5 分）第二牛頓區(qū)：粘度極限粘度（無窮切粘度） 。當(dāng)達(dá)到強(qiáng)剪切的狀態(tài)時(shí)，大分子中的纏結(jié)結(jié)構(gòu)幾乎完全被破壞，來不及形成新的纏結(jié)，取向也達(dá)到極限狀態(tài)，大分子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)變得很容易，體系粘度達(dá)到恒定的最低值，第二次表現(xiàn)為牛頓流體的流動(dòng)行為。（2 分

23、）11、為改善聚丙烯的沖擊性能，作為材料工程師的你需要選擇一種合適的橡膠來進(jìn)行增韌，目前可供使用的有三元乙丙橡膠與氯丁橡膠，請(qǐng)做出你的選擇，簡(jiǎn)要說明原因，并簡(jiǎn)述其增韌機(jī)理。（5 分）答：應(yīng)選三元乙丙橡膠，（1.5 分）與PP 極性相近，具有較好的相容性。（1.5 分） 銀紋剪切帶增韌機(jī)理：橡膠粒子作為應(yīng)力集中物，在外力作用下誘發(fā)大量銀紋和剪切帶， 吸收能量。橡膠粒子和剪切帶控制和終止銀紋發(fā)展，使銀紋不致形成破壞性的裂紋。（2 分） 12、 對(duì)聚合物熔體的粘性流動(dòng)曲線劃分區(qū)域，并標(biāo)明區(qū)域名稱及對(duì)應(yīng)的粘度名稱，解釋區(qū)域內(nèi)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。答： （1）第一牛頓區(qū)，零切粘度0，解纏速度等于再纏結(jié)速度 （

24、1.5 分）（2）假塑區(qū)，表觀粘度a ，解纏速度大于再纏結(jié)速度 （1.5 分）（3）第二牛頓區(qū)，極限粘度 ，不存在纏結(jié)。（2分） 13、 什么是內(nèi)耗？解釋溫度與頻率對(duì)聚合物的內(nèi)耗的影響。（5分）答：在交變應(yīng)力的作用下，由于應(yīng)變滯后于應(yīng)力所造成的在一周期內(nèi)以熱的形式損耗的能量。 （1 分）溫度對(duì)內(nèi)耗的影響：溫度過低時(shí)，分子無法運(yùn)動(dòng)，內(nèi)耗??；溫度過高時(shí)，分子能夠充分運(yùn)動(dòng)，內(nèi)耗?。?溫度適中時(shí)，分子能夠運(yùn)動(dòng)但摩擦較大，內(nèi)耗出現(xiàn)最大值。 （2分）頻率對(duì)內(nèi)耗的影響：頻率過低時(shí)，分子有充分的時(shí)間進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，內(nèi)耗??； 頻率過高時(shí)，分子來不及運(yùn)動(dòng)，內(nèi)耗??； 頻率適中時(shí)，分子能夠運(yùn)動(dòng)但跟不上應(yīng)力的變化，內(nèi)耗出現(xiàn)最

25、大值。 （2分）14、簡(jiǎn)述橡膠粒子增韌塑料的兩種機(jī)理。（5 分）答：銀紋增韌機(jī)理：增韌作用主要來自海島型彈性體微粒作為應(yīng)力集中物與基體間引發(fā)大量銀紋，從而吸收大量沖擊能。同時(shí)大量銀紋間應(yīng)力場(chǎng)相互干擾，降低了銀紋端應(yīng)力，阻礙了銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。 （2.5分）銀紋剪切帶增韌機(jī)理：橡膠粒子作為應(yīng)力集中物，在外力作用下誘發(fā)大量銀紋和剪切帶， 吸收能量。橡膠粒子和剪切帶控制和終止銀紋發(fā)展，使銀紋不致形成破壞性的裂紋。（2.5分）15、分別畫出牛頓流體、理想彈性體、線形和交聯(lián)聚合物的蠕變曲線及回復(fù)曲線16、討論不同柔性的聚合物的熔體粘度對(duì)溫度和剪切速率依賴性的差異，并說明在PE（聚乙烯）和PC（聚碳酸酯）

26、的加工中如何有效地增加其流動(dòng)性。答：不同柔性的聚合物，其熔體粘度對(duì)溫度和剪切速率的依賴性是不同的：柔性的高分子鏈在剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明顯下降，因此，柔性聚合物的熔體粘度對(duì)剪切速率非常敏感，而剛性高分子下降則不明顯。剛性高分子鏈的粘流活化能大，其剪切粘度對(duì)溫度極為敏感，隨著溫度的升高，剪切粘度明顯下降，而柔性高分子鏈的粘流活化能小，其剪切粘度隨溫度的變化較小。PE 是典型的柔性高分子，而PC 是典型的剛性高分子鏈，在加工中要有效地增加其流動(dòng)性，對(duì)PE 采取增大剪切速率的方法更加有效，對(duì)PC 采取升高溫度的方法更加有效。17、試述溫度和剪切速率對(duì)聚合物剪切粘度的影響。并討論不

27、同柔性的聚合物的剪切粘度對(duì)溫度和剪切速率的依賴性差異。答：聚合物的剪切粘度隨溫度的升高而下降，在通常的剪切速率范圍內(nèi)，聚合物的剪切粘度也是隨剪切速率的增大而降低的。只有在極低（接近于零）及極高（趨于無窮大）的剪切速率下，聚合物的粘度才不隨剪切速率的變化而變化。不同柔性的聚合物的剪切粘度對(duì)溫度和剪切速率的依賴性是不同的：柔性的高分子鏈在剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明顯下降。而剛性高分子則下降得很不明顯。剛性高分子的粘流活化能大，其剪切粘度對(duì)溫度極為敏感，隨著溫度的升高，剪切粘度明顯下降，而柔性高分子的粘流活化能小，其剪切粘度隨溫度的變化較小。18、試述影響聚合物粘流溫度的結(jié)構(gòu)因素答：

28、結(jié)構(gòu)因素：高分子鏈的柔性：高分子鏈的柔性越好，鏈的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)越容易進(jìn)行，運(yùn)動(dòng)單元鏈段就越小，流動(dòng)活化能也越低，聚合物在較低的溫度下就能實(shí)現(xiàn)粘性流動(dòng)。因此，分子鏈的柔性越好，其粘流溫度越低。高分子的極性：高分子的極性越大，分子間的相互作用越大，其粘流溫度也越高。分子量：分子量愈大，高分子鏈越長(zhǎng)，整個(gè)分子鏈相對(duì)滑動(dòng)時(shí)摩檫阻力就愈大，需在更高的溫度下才能發(fā)生粘性流動(dòng)，即粘流溫度越高。( 注意外界因素：外力大小和外力作用時(shí)間長(zhǎng)短不屬于結(jié)構(gòu)因素)。19、按常識(shí)，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈性的特點(diǎn)之一卻是溫度愈高，高彈平衡模量越高。這兩個(gè)事實(shí)有矛盾嗎？為什么？答：按常識(shí)，溫度越高，橡皮越軟；而平衡高彈

29、性的特點(diǎn)之一卻是溫度愈高，高彈平衡模量越高。這兩個(gè)事實(shí)不矛盾。（1分）原因：1) ,T升高，高分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈趨于卷曲構(gòu)象的傾向更大，回縮力更大，故高彈平衡模量越高；（2分）2) 實(shí)際形變?yōu)榉抢硐霃椥孕巫?，形變的發(fā)展需要一定是松弛時(shí)間，這個(gè)松弛過程在高溫時(shí)比較快，而低溫時(shí)較慢，松弛時(shí)間較長(zhǎng)，如圖。按常識(shí)觀察到的溫度越高，橡皮越軟就發(fā)生在非平衡態(tài)，即tt0時(shí)。（2分）20、為什么實(shí)際橡膠彈性中帶粘性，高聚物粘性熔體又帶彈性？列舉它們的具體表現(xiàn)形式。如何減少橡膠的粘性?在擠出成型中如何減小成型制品中的彈性成分？答：實(shí)際橡膠彈性中帶粘性的原因：構(gòu)象改變時(shí)需克服摩擦力；（1分）高聚物粘性熔體又帶

30、彈性的原因：分子鏈質(zhì)心的遷移是通過鏈段的分段運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的；鏈段的運(yùn)動(dòng)會(huì)帶來構(gòu)象的變化；（1分）列舉它們的具體表現(xiàn)形式：橡膠拉伸斷裂后有永久殘余應(yīng)變；橡膠快速拉伸會(huì)放熱；擠出脹大等。（1分）減少橡膠的粘性:適度交聯(lián)；（1分）在擠出成型中減小成型制品中的彈性成分：提高熔體溫度；降低擠出速率；增加口模長(zhǎng)徑比；降低分子量，特別要減少分子量分布中的高分子量尾端。（1分）21、簡(jiǎn)述超過屈服應(yīng)力后應(yīng)力一般略有下降的原因。答：原因可能有二：其一，屈服后鏈段開始運(yùn)動(dòng)，與線彈性變形涉及的鍵拉伸等變形相比所需應(yīng)力較??；其二，在屈服后試樣的截面積變小，達(dá)到同一應(yīng)力所需的作用力就相應(yīng)較小，而應(yīng)力應(yīng)變曲線中的工程應(yīng)力仍以原

31、始面積計(jì)算應(yīng)力。這種應(yīng)力下降的現(xiàn)象稱為應(yīng)力軟化，是材料屈服的特征。22、超過屈服后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象一般稱為韌性斷裂。韌性斷裂可能會(huì)有幾種不同的情況出現(xiàn)？各稱什么斷裂？答：1）在屈服強(qiáng)度達(dá)到后應(yīng)變發(fā)展不大時(shí)就發(fā)生斷裂，斷裂時(shí)的應(yīng)力低于屈服應(yīng)力y 。這種材料雖有韌性，但韌性很小，其強(qiáng)度應(yīng)以屈服應(yīng)力表示。這種韌性斷裂稱為“非應(yīng)變硬化斷裂”。2）在屈服后應(yīng)力基本不變而應(yīng)變不斷增大，在試樣的某些部位截面則突然縮小，形成一個(gè)細(xì)頸。形成細(xì)頸后繼續(xù)拉伸時(shí)，或細(xì)頸部分不斷變得更細(xì)，或細(xì)頸直徑不變，出現(xiàn)細(xì)頸的肩部被拉伸成細(xì)頸部，但細(xì)頸起來越長(zhǎng)，這時(shí)應(yīng)力近似恒定，這種現(xiàn)象稱為冷拉伸，或泠流動(dòng)。在冷拉伸后應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)上升

32、現(xiàn)象，稱為應(yīng)力硬化，到達(dá)B點(diǎn)發(fā)生斷裂。這種材料韌性大，其強(qiáng)度以斷裂強(qiáng)度表示。這種韌性斷裂稱為“應(yīng)變硬化斷裂”。23、試述外界條件對(duì)斷裂行為的影響。答：1）溫度的影響 所有聚合物的屈服點(diǎn)隨著溫度上升而明顯下降。因聚合物在冷凍溫度下是很脆的，聚合物的屈服應(yīng)力y，以Tg或Tm為界。在該溫度以上，分子鏈段熱運(yùn)動(dòng)加劇，松弛過程加快，聚合物軟化，材料的y 、模量和強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率變大。 在溫度升高過程中，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。兩曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度稱脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度TB。溫度低時(shí)，材料的脆性斷裂應(yīng)力B 屈服應(yīng)力y ，因此當(dāng)外力首先達(dá)到B時(shí)，發(fā)生脆性斷裂。B隨溫度下降的變化率較y隨溫度的變化率小，因而兩條

33、曲線之間會(huì)在某個(gè)溫度相交，該溫度就是脆性-韌性斷裂轉(zhuǎn)變溫度TB。對(duì)輕度交聯(lián)聚合物即橡膠而言，該溫度又稱為脆化溫度。 溫度高時(shí)，材料的斷裂應(yīng)力B 屈服應(yīng)力y，發(fā)生韌性性斷裂。2）應(yīng)變速率的影響 根據(jù)時(shí)溫等效原理，應(yīng)變速率變化與溫度變化莫測(cè)等到效，即提高應(yīng)變速率與降低溫度等效。從分子角度看，在低溫和高溫應(yīng)變速率下，分子鏈段不能運(yùn)動(dòng)，因而表現(xiàn)出脆性。而提高溫度和在低應(yīng)變速率下，分子鏈段有足夠的時(shí)間運(yùn)動(dòng)，因而表現(xiàn)出韌性。3）應(yīng)力性質(zhì)的影響 在不同性質(zhì)應(yīng)力作用下，同一材料可表現(xiàn)出不同的斷裂行為。施加流體靜壓力，可使脆性固體表現(xiàn)出延性。如固化的酚醛樹脂在拉伸試驗(yàn)中表現(xiàn)出脆性斷裂，而在純剪切或壓力下有可能表

34、現(xiàn)出延性。很多聚合物在拉伸和彎曲試驗(yàn)時(shí)表現(xiàn)出脆性，而在其他應(yīng)力作用下可發(fā)生屈服，甚至表現(xiàn)出高度的延性。壓痕試驗(yàn)是測(cè)定材料強(qiáng)度的一種方法，脆性材料在壓痕試驗(yàn)中表現(xiàn)出延性，材料被鋼球壓出凹痕而不破裂，因此硬度也是脆性固體塑性的表現(xiàn)。4）環(huán)境壓力的影響 研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)許多非晶聚合物，如PS、PMMA等，其脆-韌轉(zhuǎn)變行為還與環(huán)境壓力有關(guān)。右圖可見，PS在低環(huán)境壓力（常壓）下呈脆性斷裂特點(diǎn)，強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率都很低。隨著環(huán)境壓力升高，材料強(qiáng)度增高，伸長(zhǎng)率變大，出現(xiàn)典型屈服現(xiàn)象，材料發(fā)生脆-韌轉(zhuǎn)變。24、聚合物的屈服有哪些特點(diǎn)？答：1）聚合物如發(fā)生屈服，屈服后一般發(fā)生應(yīng)變軟化，屈服應(yīng)力時(shí)的應(yīng)變較小。2）屈服應(yīng)

35、力對(duì)溫度和應(yīng)變速率較敏感，它隨溫度升高較快下降。3）當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)屈服應(yīng)力很快趨于0。4）結(jié)晶聚合物屈服后，可形成細(xì)頸，并發(fā)生相變化，原有結(jié)晶破壞，重新形成新的結(jié)晶。25、簡(jiǎn)述聚合物材料的增強(qiáng)途徑與機(jī)理。答：1）增強(qiáng)途徑：增強(qiáng)改性的基本思想是用填充、混合、復(fù)合等方法，將增強(qiáng)材料加入到聚合物基體中，提高材料的力學(xué)強(qiáng)度或其它性能。常用的增強(qiáng)材料有粉狀填料（零維材料）：木粉、炭黑、輕質(zhì)二氧化硅、碳酸鎂等；纖維（一維材料）：棉、麻、絲及其玻璃纖維等；片狀填料（二維材料）：織物等。2）增強(qiáng)機(jī)理：活性填料粒子能起到均勻分布負(fù)載的作用，降低了橡膠發(fā)生斷裂的可能性，從而起到增強(qiáng)作用。纖維填料在橡膠中主

36、要作為骨架，以幫助承擔(dān)負(fù)載。纖維填充塑料主要是依靠其復(fù)合作用。即利用纖維的高強(qiáng)度以承受應(yīng)力，利用基體樹脂的流動(dòng)及其與纖維的粘接力以傳遞應(yīng)力。26、試述影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素。答：1）高分子的結(jié)構(gòu)：a. 主鏈的柔順性越好，強(qiáng)度越高；b.側(cè)鏈有大的剛性基團(tuán)時(shí)，沖擊強(qiáng)度低；c. 分子間作用力大，沖擊強(qiáng)度??；d.支鏈沖擊韌性會(huì)提高，分子間作用力減??；e. 結(jié)晶：沖擊韌性取決于試驗(yàn)溫度，結(jié)晶度增加沖擊韌性下降；f. 取向：取向后分子運(yùn)動(dòng)能力減弱，沖擊強(qiáng)度下降；g. 填料：纖維填料，沖擊韌性上升；h. 粒子填料沖擊韌性依情況而定，粒子間距、直徑、數(shù)量都有影響；i. 增塑劑：沖擊強(qiáng)度提高。2）外界條件：a

37、.溫度的影響 溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)有愈合鈍化缺口裂紋的作用，會(huì)提高沖擊強(qiáng)度。無定形聚合物在溫度升高到接近Tg或更高時(shí)，沖擊強(qiáng)度迅速增加。結(jié)晶聚合物處于Tg以上，比在Tg之下則有較高的沖擊強(qiáng)度。因分子熱運(yùn)動(dòng)有松弛作用，并消散了應(yīng)力集中。熱固性聚合物的沖擊強(qiáng)度受溫度影響較小。b.沖擊速度的影響 存在著各種聚合物及其復(fù)合材料對(duì)沖擊速度敏感性的差異。丙烯酸樹脂、PS和PMMA等聚合物對(duì)沖擊速度敏感是脆性材料。而PC、PA和增韌改性的聚合物對(duì)載荷速度的敏感性較低是韌性較好的聚合物。韌性材料隨著應(yīng)變速率提高，將會(huì)由塑性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。快速?zèng)_擊試樣是脆性斷裂；而慢速彎曲最終是塑性斷裂。后者吸收的斷裂總

38、能量約是前者的3.5倍。因此即使同樣的沖擊能量下，高沖擊速度易使脆性材料斷裂。外力作用時(shí)間長(zhǎng)，相當(dāng)于溫度升高。3）取向的影響:若沖擊力平行材料取向方向，與各向同性的聚合物相比，常有較高的沖擊強(qiáng)度。反之，若沖擊力垂直取向方向，則抗沖擊性能變差。塑料制品在使用中，其取向?qū)箾_擊性能有害而無利。取向的注塑件或擠出件，在沖擊載荷下會(huì)在最弱方向斷裂。塑料制品表層具有壓縮應(yīng)力，能有效提高抗沖擊性能。較低溫度下壓延加工的聚氯乙烯和聚碳酸酯的片材有很高韌性。27、簡(jiǎn)述聚合物的增韌改性。答：1）分子量提高，沖擊強(qiáng)度提高。2）對(duì)結(jié)晶聚合物，影響沖擊強(qiáng)度主要是結(jié)晶形態(tài)。結(jié)晶聚合物在慢冷過程中，球晶成長(zhǎng)較大會(huì)降低沖擊

39、強(qiáng)度。PE和PP的結(jié)晶度在（4050）%，室溫下有很好沖擊韌性。3）共混、共聚、填充改性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用與橡膠類材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗沖擊性能。28、簡(jiǎn)述聚合物的增韌機(jī)理。答：1）銀紋機(jī)理：增韌作用主要來自海島型彈性體微粒作為應(yīng)力集中物與基體間引發(fā)大量銀紋，從而吸收大量沖擊能；同時(shí)，大量銀紋間應(yīng)力場(chǎng)相互干擾，降低了銀紋端應(yīng)力，阻礙了銀紋的進(jìn)一步發(fā)展。該理論不能解釋橡膠增韌與韌性基體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2）銀紋-剪切帶機(jī)理：該理論認(rèn)為：橡膠粒子作應(yīng)力集中物，在外力作用下誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，吸收能量。 橡膠粒子和剪切帶控制和阻止銀紋發(fā)展，使銀紋不至于形成破壞性裂

40、紋。3）剛性粒子增韌機(jī)理：（1）剛性有機(jī)填料（或粒子）增韌。拉伸時(shí)，基體和分散球粒楊氏模量和泊松比差別使基體對(duì)粒子表面產(chǎn)生強(qiáng)壓力而發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，粒子發(fā)生冷流大形變，吸收塑性形變能，提高材料的韌性。（2）剛性有機(jī)填料（或粒子）增韌加入該種粒子，促使基體在斷裂過程中發(fā)生剪切屈服，吸收大量塑性形變能，促進(jìn)基體脆-韌轉(zhuǎn)變。（3）剛性、彈性填料（或粒子）混雜填充增韌29、試述開煉機(jī)的工作原理。答：開煉機(jī)的兩輥筒相對(duì)回轉(zhuǎn)，物料與輥筒表面之間的摩擦和粘附作用，以及物料之間的粘接作用，被拉入兩輥之間間隙，受強(qiáng)烈剪切和擠壓，變成料片。由于兩輥溫度和速度差異而包在一個(gè)輥上，重新返回兩輥間，經(jīng)多次反復(fù)剪切和擠壓發(fā)熱

41、以及輥筒加熱，使物料軟化，達(dá)到混合和塑化物料的目的。物料每次重新返回兩輥間時(shí)，與上方積料有部分被帶入，不斷更新界面，達(dá)到混合的目的。只有當(dāng)物料與輥筒的接觸角小于或等于摩擦角時(shí)，物料才能被拉入兩輥之間。30、簡(jiǎn)述開煉機(jī)的輥筒間壓力分布情況。答：開煉機(jī)的輥筒間壓力分布：壓力極值點(diǎn)的分布如圖7-3所示，圖中橫坐標(biāo)x代表流道長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)為無量綱壓力。由圖中可見，流道內(nèi)物料壓力存在一個(gè)極大值，兩個(gè)極小值。極大值位置：在最小輥距前-處。輥筒間物料內(nèi)的壓力取極大值。物料中最大壓力是在物料進(jìn)入最小輥距之前的一段距離上達(dá)到的。兩個(gè)極小值：一個(gè)在+處，此點(diǎn)為物料脫輥的位置，亦稱出料處（脫輥時(shí)，物料內(nèi)的壓力為常壓）

42、。另一極小值在- x0處，此處為物料剛進(jìn)入輥隙處（亦稱吃料處）。此處物料尚未承受輥筒壓力，壓力為大氣壓。在最小輥距處，物料內(nèi)壓力并非極大值，僅為最大壓力的一半1/2Pmax。31、簡(jiǎn)述物料在壓延機(jī)輥簡(jiǎn)間隙的壓力分布。答：物料受壓區(qū)域在a-d之間，稱鉗住區(qū)。輥筒開始向物料施壓的點(diǎn)a稱始鉗住點(diǎn)，p=0。物料受壓終點(diǎn)d稱終鉗住點(diǎn)，p=0。兩輥筒中心的邊線的中點(diǎn)o，稱中心鉗住點(diǎn)， p=1/2pmax。最大壓力點(diǎn)b，p=pmax。32、簡(jiǎn)述物料在壓延輥筒間隙的流速分布。答：在最大壓力處b和終鉗住點(diǎn)d物料流速vx等于輥筒表面線速度v，vx=v。速度分布為直線，沒有速度梯度。從bo，接觸輥筒表面的物料速度v

43、x=v外，隨著與輥筒表面距離的增加，vx逐漸增大，速度分布呈凸?fàn)钋€，在o點(diǎn)速度梯度達(dá)到最大值。過o點(diǎn)后速度梯度逐漸變小。從b向左，因擠壓力變小，摩擦力作用明顯，中心層速度逐漸變小，直到負(fù)值，出現(xiàn)局部環(huán)流。兩輥筒直徑相同表面線速度不同的情況。在x軸速度分布規(guī)律基本一樣。在y軸上存在表面線速度差異的相應(yīng)變化。結(jié)論：在中心鉗住點(diǎn)h0處具有最大的速度梯度，當(dāng)物料流過此處時(shí)，受到最大的剪切作用，物料被拉伸、流動(dòng)、輾延而成薄片。當(dāng)物料離開h0后，由于彈性恢復(fù)的作用而使料片增厚，最后所得料片的厚度大于輥間距。33、簡(jiǎn)述物料在壓延中的粘彈效應(yīng)。答：1）物料的粘度效應(yīng)：要使壓延順利進(jìn)行要求物料有良好的流動(dòng)性，

44、粘度越小，流動(dòng)性越好。在低和高剪切速率范圍時(shí)粘度不變（牛頓區(qū)），當(dāng)剪切速率達(dá)到一定范圍(如壓延為102104 s-1)時(shí)，出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象（非牛頓區(qū)），剪切速率增大物料粘度下降。提高壓延速度，可提高剪切速率，降低粘度，提高流動(dòng)性，有利于壓延成型，但太高時(shí)，回彈增加，表面粗糙度增加。溫度提高物料粘度下降。生產(chǎn)上通過混煉、熱煉和輥筒加熱的方法，來提高物料溫度，改善流動(dòng)性。2）物料的粘彈效應(yīng)：高聚物是一種粘彈體，兼有粘性和彈性兩種性質(zhì)。在壓延過程中物料的形變包括不可逆形變（粘性流動(dòng)）和可回復(fù)形變（彈性形變）。（圖4-22）高分子材料受外力作用后，開始產(chǎn)生彈性形變，需經(jīng)過一定時(shí)間后（通常等于材料最大松

45、馳時(shí)間），才能從彈性形變經(jīng)高彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)檎承粤鲃?dòng)；外力消除后，又需要經(jīng)過一定時(shí)間后才能回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。物料的粘彈效應(yīng)與材料的松馳時(shí)間及成型工藝條件（速度、溫度）密切相關(guān)。輥筒轉(zhuǎn)速很慢時(shí)，變形時(shí)間遠(yuǎn)大于材料的松馳時(shí)間，形變主要為粘性流動(dòng)變形，材料表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性，容易壓延成型。輥筒轉(zhuǎn)速很快時(shí)，變形時(shí)間遠(yuǎn)小于材料的松馳時(shí)間，形變主要為彈性變形，材料表現(xiàn)出流動(dòng)性差，彈性大，難以壓延成型。提高物料溫度，會(huì)增加大分子動(dòng)能，提高運(yùn)動(dòng)速度，縮短材料最大松馳時(shí)間，相當(dāng)于減慢轉(zhuǎn)速，或延長(zhǎng)形變時(shí)間。小結(jié)：材料松馳時(shí)間大，回復(fù)慢，收縮大；松馳時(shí)間短，回復(fù)快，收縮小。溫度高，回復(fù)快，收縮?。粶囟鹊?，回復(fù)慢，收縮大

46、。轉(zhuǎn)速慢，膠片在輥筒表面停留時(shí)間長(zhǎng)，變形時(shí)間長(zhǎng)，回復(fù)充分，收縮小。34、簡(jiǎn)述壓延機(jī)的壓延效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因。答：物料在壓延過程中，在通過壓延輥筒間隙時(shí)受剪切力作用，大分子作定向排列，以致制品物理力學(xué)性能會(huì)出現(xiàn)縱、橫方向差異的現(xiàn)象，即沿片材縱向(沿著壓延方向)的拉伸強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)率小、收縮率大；而沿片材橫向(垂直于壓延方向)的拉伸強(qiáng)度小、伸長(zhǎng)率大、收縮率小。這種縱橫方向性能差異的現(xiàn)象就叫做壓延效應(yīng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是由于高分子鏈及針狀或片狀的填料粒子，經(jīng)壓延后產(chǎn)生了取向排列。壓延效應(yīng)消除的方法是提高溫度、降低壓延速度 。對(duì)于壓延效應(yīng)，從加工角度來考慮，應(yīng)盡可能消除之，但從制品的角度來考慮，有

47、時(shí)又可適當(dāng)利用。35、簡(jiǎn)述擠出機(jī)壓縮熔化段固體物料的熔化過程。答：固體物料的熔化作用是發(fā)生在熔體膜和固體床的分界面上。(1)與料簡(jiǎn)表面接觸的固體粒子由于料筒的傳導(dǎo)熱和摩擦熱的作用，首先熔化，并形成一層薄膜，稱為熔膜。(2)這些不斷熔融的物料，在螺桿與料筒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用下，不斷向螺紋推進(jìn)面匯集，形成旋渦狀的流動(dòng)區(qū)，稱為熔池。(3)在熔池的前邊充滿著受熱軟化和半熔融后粘結(jié)在一起的固體粒子和尚未完全熔結(jié)和溫度較低的固體粒子, 這兩種粒子統(tǒng)稱為固體床。(4)熔融區(qū)內(nèi)固相與液相的界面稱為遷移面。隨著塑料往機(jī)頭方向輸送，熔融過程逐漸進(jìn)行。自熔融區(qū)始點(diǎn)(相交點(diǎn))A開始，固相寬度逐漸減少，液相寬度則逐漸增加

48、，直到熔化區(qū)終點(diǎn)(相變點(diǎn))B，固相寬度就減小到零。螺槽的整個(gè)寬度內(nèi)均將為熔融物充滿。從熔化開始到固體床的寬度降到零為止的總長(zhǎng)，稱為熔化長(zhǎng)度。一般講熔化速率越高則熔化長(zhǎng)度越短；反之就越長(zhǎng)。在熔化區(qū)域中，固體床沿?cái)D出方向逐漸減小。36、簡(jiǎn)述熔體在擠出機(jī)均化段的流動(dòng)形式。答：擠出機(jī)均化段的流動(dòng)形式主要有四種形式：(1)正流QD是物料沿螺槽方向(z方向)向機(jī)頭的流動(dòng)，這是均化段熔體的主流，是拖曳流動(dòng)，它起擠出物料的作用。(2)逆流QP沿螺槽與正流方內(nèi)相反(-z方向)的流動(dòng)，它是由機(jī)頭口模、過濾網(wǎng)等對(duì)料流的阻礙所引起的反壓流動(dòng)，它將引起擠出生產(chǎn)能力的損失。(3)橫流物料沿X軸和Y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動(dòng)

49、，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺桿的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個(gè)螺槽內(nèi)的環(huán)流，對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大但對(duì)于物料的熱交換、混合和進(jìn)一步均勻塑比影響很大。(4)漏流QL物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動(dòng)、機(jī)頭和口模等對(duì)物料的阻力所產(chǎn)生的反壓流動(dòng)，由于螺桿和料筒間的間隙很小，故在一般情況下漏流流率要比正流和逆流小很多。37、試述實(shí)行穩(wěn)定擠出過程的一些流變學(xué)考慮。答：在擠出成型電線、電纜、型材、輪胎內(nèi)胎、膠管等制品過程中，對(duì)制品的形狀、尺寸要求較嚴(yán)格。擠出物料流量Q的波動(dòng)要求控制在一定的范圍內(nèi)，即要求擠出成型過程穩(wěn)定。下面討論實(shí)行穩(wěn)定擠出的一些流變學(xué)措施。1）為穩(wěn)定擠出，首先要求盡量

50、減少不穩(wěn)定源。勻化計(jì)量段入口處的壓力P1應(yīng)盡可能保持穩(wěn)定，這要求加料口供料速度必須均勻。2）已知反流系數(shù)與Wh3/L成比例（W為螺槽寬度，h為螺槽深度，L為螺桿長(zhǎng)度），漏流系數(shù)與R3 /Lcom成比例（R為螺桿半徑，為機(jī)筒與螺桿突棱的間隙）。由此可見，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出，在其它條件不變的情況下，應(yīng)適當(dāng)?shù)販p少螺槽深度h和減少機(jī)筒與螺桿突棱的間隙（注意兩者均以三次方比率影響擠出不穩(wěn)定系數(shù)u）。然而若螺槽太淺，一則使流量銳減，二則造成剪切摩擦生熱過大，易使物料受損，因此對(duì)螺槽深度的選擇應(yīng)綜合考慮。3）調(diào)節(jié)機(jī)頭流通系數(shù)K可調(diào)節(jié)擠出過程的穩(wěn)定性。一般小口徑機(jī)頭K值較小，u值較小，易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定擠出。4）物料粘度

51、越大，擠出不穩(wěn)定系數(shù)u越小，因此在保證質(zhì)量的前提下，適當(dāng)降低擠出溫度，有助于穩(wěn)定擠出。5）適當(dāng)增加螺桿長(zhǎng)度L（即增加L/D），也使不穩(wěn)定系數(shù)u下降。由于被加工物料具有松弛特性，因此若在加料口處物料發(fā)生壓力波動(dòng)，但經(jīng)過長(zhǎng)螺桿L，至勻化計(jì)量段會(huì)得到較多的松弛、變?nèi)?，從而使擠出過程穩(wěn)定。38、簡(jiǎn)述擠出工藝條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響答：擠出工藝條件對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響主要是溫度和剪切作用。料溫高，小，利于塑化，出料速度大。但機(jī)頭口模溫度高，則形狀穩(wěn)定性下降，制品收縮率上升，制品發(fā)黃、氣泡，擠出不正常。料溫下降，則高，機(jī)頭壓力大，擠出物密實(shí)，形狀穩(wěn)定性好,但離模膨脹變大。料溫過低，則粘度過大，功率消耗變大?？谀：?/p>

52、模芯溫度不能相差太大，擠出物就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)翻或外翻。轉(zhuǎn)速N上升，剪切力上升，有利于塑化、混合，且粘度下降，混合效果好。但由于壓力也相應(yīng)增大，后期流量反而減小。39、簡(jiǎn)述對(duì)塑料塑化的要求。答：1）塑料熔體進(jìn)入模腔之前要充分塑化，即達(dá)到規(guī)定的成型溫度。2）塑化料各處的溫度要均勻一致。3）熱分解物的含量達(dá)最小值。這個(gè)要求與塑料特性、工藝條件的控制及注射機(jī)的塑化結(jié)構(gòu)相關(guān)。40、簡(jiǎn)述塑化熱效率E的定義及其影響因素。答：塑化熱效率E=（T-T0）/（TW-T0）式中：T為噴嘴溫度；T0為初始物料溫度；TW為料筒內(nèi)壁溫度。E值高，有利于塑料的塑化。影響因素：（1）注射機(jī)料筒長(zhǎng)度提高，則E；（2）料筒傳熱面積提高

53、則E；（3）受熱時(shí)間則E；（4）熱擴(kuò)散速度，則E；（5）剪切應(yīng)力，剪切速率，則E。41、簡(jiǎn)述注射機(jī)螺桿作用及其特點(diǎn)。答：注射機(jī)螺桿作用：（1）送料；（2）塑化；（3）傳壓；（4）排氣；（5）壓實(shí)；（6）注射。與擠出機(jī)螺桿相比有下列特點(diǎn)：（1）加料段較長(zhǎng)；（2）均化段較短；（3）螺槽較深；（4）只有預(yù)塑化作用。42、簡(jiǎn)述注射機(jī)料筒溫度選定的原則。答：注射機(jī)料筒溫度選定的原則：保證塑料塑化良好，能順利充模，不致于引起塑料的降解。一般Tf(m) T筒 Td。T，塑化時(shí)間，充模順利，注射速度也大，注射周期可以縮短，生產(chǎn)效率提高。一般T筒盡可能高些。但是，T太高，物料容易熱降解。選擇T筒時(shí)從以下幾方面考

54、慮：A、熱敏性塑料：必須考慮塑料的Tf(m)Td的差值。B、分子量及其分布：M大的，T筒高，但應(yīng)小于Td；分布寬的，T筒低。C、制品尺寸：對(duì)同種塑料，制品尺寸小，冷卻快，可選高T筒。簿壁制品，熔體入模阻力大，應(yīng)選高T筒。D、不同設(shè)備：移動(dòng)螺桿式的T筒 柱塞式的T筒。43、簡(jiǎn)述注射壓力的作用及其選擇原則。答：注射壓力的作用：（1）推動(dòng)塑料前移，混合，塑化，克服阻力；（2）提高充模進(jìn)度，使物料充滿型腔；（3）補(bǔ)料、保持形狀，減小熔接縫。注射壓力，充模速度，充模順利，制品密度，性能，但內(nèi)應(yīng)力。注射壓力的選擇原則：1）尺寸大，形狀復(fù)雜，薄壁制品，模具流動(dòng)阻力大，選高壓；2）Tg高，熔體粘度高，選高壓；

55、3）料溫較低，選高壓。44、簡(jiǎn)述注射壓力和注射速度的關(guān)系及選擇原則。答：注射速度與注射壓力是相輔相成的。注射速度，物料受剪切，生熱，T，充模壓力，充模順利，生產(chǎn)周期縮短。但注射速度，料流為湍流，嚴(yán)重時(shí)引起噴射作用，卷入空氣，制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。所以注射速度不宜太快，熔體應(yīng)以層流狀態(tài)充模，順利將模腔內(nèi)的空氣排出。注射壓力和注射速度的總體選擇：1）熔體粘度大、Tg高的物料、薄壁制品、長(zhǎng)流程制品，宜采用高速，防止充模不滿。同時(shí)配合高料溫、高模溫。2）在保證不出現(xiàn)湍流情況下，要盡量提高注射速度，以縮短生產(chǎn)周期。3）對(duì)形狀復(fù)雜、澆口尺寸小、流程長(zhǎng)、薄壁制品，宜用高速和高壓。45、簡(jiǎn)述注塑制品中的殘余應(yīng)力產(chǎn)生

56、原因及殘余應(yīng)力分類。答：從熔體經(jīng)澆口開始注入模腔時(shí)起，模腔內(nèi)的壓力（反映在制品內(nèi)的應(yīng)力）開始建立，而后迅速增大，在保壓階段維持高壓。一旦流動(dòng)停止，應(yīng)力開始松弛，松弛速率取決于卸載后的冷卻速率、冷卻時(shí)間及物料松弛時(shí)間的長(zhǎng)短。若物料冷卻速率高、冷卻時(shí)間短而松弛時(shí)間較長(zhǎng)，則冷卻后有較多的應(yīng)力被“凍結(jié)”在制品內(nèi)，稱為殘余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力大，反之則殘余應(yīng)力較小。殘余應(yīng)力可分為三類：1)伴隨驟冷淬火而產(chǎn)生的“驟冷應(yīng)力”。2)由于制品幾何形狀所造成的各部分收縮不勻而產(chǎn)生的構(gòu)型體積應(yīng)變。上述兩種殘余應(yīng)力均可通過熱處理消除。3)因分子取向凍結(jié)而產(chǎn)生的應(yīng)力，又稱“凍結(jié)分子取向”。4)在上述三種殘余應(yīng)力中以凍結(jié)分子取向最重要。46、簡(jiǎn)述注塑制品熱處理的作用及其原因。答：熱處理作用：消除內(nèi)應(yīng)力，可通過升溫時(shí)解取向，再結(jié)晶來消除。溫度應(yīng)滿足條件：TgTTf。熱處理原因：（1）制品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力；（2）取向結(jié)晶不均；（3）冷卻進(jìn)度不均；（