聚合物流變學(xué)復(fù)習(xí)資料

1、流變學(xué)是研究材料流動(dòng)和變形的科學(xué)流體黏度就是分子間的內(nèi)摩擦力的宏觀度量。是流體體內(nèi)部抵抗流動(dòng)的阻力， 用流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之比表示。剪切變形：具有橫向速度梯度場(chǎng)的流動(dòng)。拉伸變形：具有縱向速度梯度場(chǎng)的流動(dòng)和應(yīng)力歷史無關(guān)的非牛頓流體稱為廣義牛頓流體，它包含三種：假塑性流體：(nV1)其黏度隨剪切速率增加而減小(剪切變稀)，大多數(shù)聚合物 濃溶液都屬于這一流體。膨脹性流體：(n1)在定常態(tài)剪切流動(dòng)中，起黏度隨剪切速率增加而增加(剪 切增稠)，再加入大量填充劑的體系和某些聚氯乙烯糊能見到這種流體。賓漢流體：細(xì)砂的懸浮液，泥漿、牙膏，唇膏，棒狀發(fā)蠟，無水油滑霜，粉底霜 和胭脂等。有時(shí)效的非牛頓流體：

2、.觸變流體：在恒定的剪切速率下，其黏度隨剪切作用時(shí)間的增加而降低。涂 料、印刷油墨、番茄醬.震凝流體：在恒定的剪切速率下，其黏度隨剪切作用時(shí)間的增加而增大。如 堿性的丁腈橡膠的乳液懸浮液.黏彈性流體：兼具有黏性和彈性效應(yīng)的流體，其力學(xué)行為可用黏性和彈性兩 種來組合表達(dá)。t = K P幕律方程：n為流動(dòng)指數(shù)k為稠度n=1牛頓流體n1，為膨脹流體。剪切敏感小的聚合物：聚碳酸酯(PC)、聚颯、共聚甲醛(PA)、聚酰胺(POM) 剪切敏感大的聚合物：聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)對(duì)溫度敏感：PS、PC、PMMA等。對(duì)溫度不太敏感：PE、PP、POM等；對(duì)高密 度聚乙烯、聚丙烯、共聚

3、甲醛，升高溫度引起熔體黏度下降程度較?。粚?duì)聚苯乙 烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯，溫度升高會(huì)使熔體黏度有較大的下降。相對(duì)分子質(zhì)量分布寬的聚合物熔體比窄的有更大的剪切敏感性，長(zhǎng)支鏈越多， 剪切敏感性越大。1.聚氯乙烯的凝膠化：低溫下，在熱和剪切作用下顆粒崩解成初級(jí)粒子；隨著 溫度的升高，初級(jí)粒子受到剪切作用而被粉碎，當(dāng)溫度更高時(shí)，初級(jí)粒子全 部被粉碎，品體熔化，邊界消失，形成三維網(wǎng)絡(luò)的過程。3 .壓力的影響當(dāng)壓力35MPa，隨著壓力提高，壓力對(duì)高聚物液體粘度的影響就很重要。原因：高聚物有可壓縮性，壓力作用使得高聚物自由體積減小，大分子間的距離 減小，鏈段躍動(dòng)范圍減小，分子間的作用力增大，液體的粘

4、度增大。增加壓力對(duì) 粘度的影響和降低溫度對(duì)黏度的影響有相似性。4.高聚物分子參數(shù)的影響相對(duì)分子量與熔體指數(shù)MI的關(guān)系：相對(duì)分子量越大，熔體黏度越高，熔體 指數(shù)越低，流動(dòng)性降低。根據(jù)熔體指數(shù)來選擇高分子材料的成型方法：MI0.2壓塑0.2MI1.0 擠出1 MI3 注塑 3.5 MI5 紡絲聚合物結(jié)構(gòu)的影響（1）高聚物鏈的柔性高聚物鏈的柔性越大，纏結(jié)點(diǎn)越多，鏈的解纏和滑移越困難，其非牛頓性越強(qiáng)。（2）高聚物鏈的剛性增加和分子間吸引力越大時(shí)，熔體粘度對(duì)溫度的敏感性越 強(qiáng)。如PC、PS、PET、PA等，提高溫度有利于增大流動(dòng)性。6、添加劑的影響增塑劑：降低塑料熔體的黏度而提高塑料的流動(dòng)性。潤(rùn)滑劑：塑

5、料中能降低熔體黏度或防止聚合物與加工設(shè)備金屬表面黏著而改性的 物質(zhì)。主要用于PVC，潤(rùn)滑劑在PVC的作用：減少摩擦，降低黏度，易于從金屬、 玻璃上剝離常用的潤(rùn)滑劑：硬脂酸類、烯烴類填充劑：為改進(jìn)材料強(qiáng)度和各種性能（密度、剛度、收縮率、阻燃）或降低成本。 加工助劑：在聚合物中加入少量能改進(jìn)加工性能的物質(zhì)。常用的加工助劑有：聚氯乙烯、聚烯烴7、異常的流變現(xiàn)象：爬桿效應(yīng)（Wiessenberg效應(yīng)）離模膨脹（擠出脹大、Barus） 虹吸現(xiàn)象熔體破裂8、黏性流動(dòng)：耗散轉(zhuǎn)變成熱能彈性回復(fù)分子間和分子內(nèi)的相互作用9、離模膨脹在擠出物離開模后的直徑或橫截面積大于口模直徑或橫截面積的 現(xiàn)象。用膨脹比B表征：B

6、=D （擠出物直徑）/d （口模直徑）原因：取向效應(yīng)、記憶效應(yīng)、法向效應(yīng)影響離模膨脹的因素a.圓形口模一一剪切速率一定，膨脹比隨著口模的長(zhǎng)徑比的 增大而降低b.對(duì)于異形截面口模，如正方形、正三角形，其離模膨脹比在邊的 中部最大，在角最小。c.在口模長(zhǎng)徑比一定時(shí)，膨脹比隨剪切速率的增加而增大。 d.在恒定剪切速率下，膨脹比隨溫度的升高而減?。坏玃VC，其膨脹比則隨溫度 的升高而增加。10、熔體破裂 擠出物表面出現(xiàn)凹凸不平或外形發(fā)生畸變以致支離或斷裂的總 稱。表面熔體破碎（鯊魚皮癥狀）：發(fā)生在熔體表面，特點(diǎn)是擠出物表面呈微細(xì)不規(guī) 則且有相當(dāng)間距的包柱性棱脊。原因：口模出口處的黏滑過程和擠出物離開口

7、模時(shí)表面受到很快的拉伸。緩解辦法：提高模唇溫度和增大相對(duì)分子量分布寬度。振動(dòng)熔體破裂（黏-滑不穩(wěn)定流動(dòng)）：擠出物由畸變區(qū)和平滑區(qū)交替組成，流動(dòng) 曲線在振動(dòng)區(qū)分成不連續(xù)的兩支曲線。原因：由于熔體與模壁缺乏黏著力，在某一剪切力上會(huì)發(fā)生滑移；而后在釋放流 經(jīng)口模所吸收的能量后，熔體又會(huì)黏在模壁上，這樣交替出現(xiàn)使得材料表面出現(xiàn) 周期性熔體破裂。緩解（消除）辦法：氟碳彈性體嚴(yán)重熔體破裂：對(duì)于線性聚乙烯剪切應(yīng)力超過第三臨界值后；對(duì)于支化聚乙烯， 在超過第二臨界值后發(fā)生。特點(diǎn)是無規(guī)畸變。11、變形的基本形式有三種：剪切 拉伸 壓縮12、同軸圓筒黏度計(jì)適用于液體且黏度小的。13、拉伸流動(dòng)的種類：（1）單軸拉伸

8、流動(dòng)：將材料一端固定，另一端施加外力 進(jìn)行均勻拉伸，材料每一端受到均有拉伸力的作用。（2）雙軸拉伸流動(dòng)：與單軸拉伸相比，雙軸拉伸則相反，則將受壓縮的兩個(gè)方 向變?yōu)槔?，把拉伸方向變?yōu)閴嚎s。（3）平面拉伸流動(dòng)：片材寬度不變下只在一個(gè)方向拉伸，并伴有片材厚度變薄。14.拉伸黏度與拉伸應(yīng)力的關(guān)系一會(huì)總J姿安堂汩（1）特魯頓型：拉伸黏度與拉伸應(yīng)力（或速率）無關(guān)，其值為零剪切黏度的3 倍，大多數(shù)聚合物都屬于這類。如PMMA聚苯乙烯 聚颯PET PC聚苯二甲酸丁二 醇酯丁基橡膠等。（2）拉伸硬化型：拉伸黏度隨拉伸應(yīng)力的增加而增大。如低密度聚乙烯，順式1，4-異戊二烯等。（3）拉伸稀化型：拉伸黏度隨拉伸應(yīng)力

9、的增加而降低。如高密度聚乙烯、聚丙烯、ABS若是拉伸稀化型一一纖維細(xì)窄部分的拉伸阻力小，這一部分的絲條的運(yùn)動(dòng)將進(jìn)一 步加速，纖維變得越來越細(xì)，最終可能會(huì)斷裂；若是拉伸硬化型一一則這部分的拉伸阻力大，纖維中的流動(dòng)將減慢，纖維直徑增 加。對(duì)判斷聚合物材料的可紡性具有重要意義15、在九個(gè)應(yīng)力分量口中，只有六個(gè)是獨(dú)立的：三個(gè)法向應(yīng)力和三個(gè)剪切應(yīng)力。16、在管中央處流速最大，管壁處流速最小，而剪切應(yīng)力則相反。17、分層壓力流動(dòng)：在多層吹瓶、多層吹膜和雙組分纖維的共擠出中，常常涉及 兩種或多種熔體并列地通過口模的流動(dòng)。18、塑煉擠出有三個(gè)功能區(qū)：固體輸送區(qū)、熔化區(qū)、熔體輸送區(qū)。19、口模特性曲線與螺桿特性

10、曲線的交點(diǎn)是特定口模與螺桿轉(zhuǎn)速的操作點(diǎn)。20、黏性耗散：是指黏性流體中機(jī)械轉(zhuǎn)化熱。黏性耗散熱是隨剪切速率而增大的； 如果計(jì)量段的溫度不加控制而處于絕熱擠出的情況，黏性耗散所引起的絕熱溫升 會(huì)相當(dāng)高。如：高熔體黏度的硬聚氯乙烯料會(huì)引起嚴(yán)重?zé)峤到舛龀鯤Cl，使物 料變色。21、最佳螺旋角在17。至20之間，最常用的角為17.6。22、熔化：指塑煉擠出機(jī)在料斗和口模之間將固體塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w的功能。熔化區(qū)：在螺桿中固體塑料和熔體共存的那一部分。23、熔體膜形成后的固體粒子熔化是在熔體膜和固體床的界面發(fā)生的。所需熱量 一部分來源于料筒的加熱器，另一部分則來自螺桿和料筒對(duì)熔體膜剪切產(chǎn)生的黏 性耗散熱。2

11、5、雙螺桿分為加料段、塑化段、限流段、排氣段和計(jì)量段。24、反向嚙合型雙螺桿擠出機(jī)主要用于聚氯乙烯的加工。低速同向嚙合型雙螺桿 擠出機(jī)主要用于聚氯乙烯型材、管材等的擠出。26、硬PVC沖擊強(qiáng)度的最大值是在凝膠化度60%-80%時(shí)出現(xiàn)的；用雙螺桿擠出 設(shè)備加工硬PVC時(shí)，溫度設(shè)定一般按“馬鞍”型分布，即兩端高，中間低。27、擠出口模：指擠出機(jī)中使擠出物形成規(guī)定模截面形狀的部件。28、口模由口模分配腔、引料流道和口模成型段（模唇）幾何區(qū)域組成。棒材口模：長(zhǎng)徑比小于10，兩端帶喇叭口的圓形流道，且在低速下進(jìn)行擠出。29、由多孔板和濾網(wǎng)疊構(gòu)成的過濾裝置的主要作用是濾掉熔體中的雜質(zhì)，它對(duì)建 立擠出機(jī)的背

12、壓也是一種重要方法。30、分流痕：指聚合物熔體在繞支架時(shí)會(huì)分開，再匯合時(shí)所留下的熔接痕。為減 輕分流痕，可采用的辦法有：在支架下游設(shè)置鼓形凸起物，以產(chǎn)生節(jié)能作用； 熔體流經(jīng)支架后迅速收縮；改進(jìn)支架設(shè)計(jì)，如支撐環(huán)、切向分流梭和分流板31、直角式口模：從擠出機(jī)送來的熔體改變流動(dòng)方向而與擠出螺桿軸線呈90 角的一種成型裝置。這種口模吹制的管膜，只有一條熔接痕。螺旋芯模式口模的特點(diǎn)：熔體分配均勻、無熔接痕和壓力降低等。型材口模的結(jié)構(gòu)包括供料部分、過渡部分和平行口模成型面。32、注塑指在加壓下，將聚合物由加熱料筒經(jīng)主流道、分流道和澆口注入閉合模 具的模塑方法。33、漩紋或噴射紋是指塑料熔體從尺寸過小的澆

13、口進(jìn)入厚型腔的湍流所引起螺旋 狀的流紋。膨脹比（B）與型腔厚度（H）對(duì)澆口直徑（d）之比相近時(shí)，不會(huì)發(fā) 生漩紋現(xiàn)象。D/H=（D/d）/（H/d）=B/（H/d）=1.34、有澆口區(qū)、充分發(fā)展區(qū)和前沿區(qū)等三個(gè)流動(dòng)區(qū)。35、入口壓力校正，即校正，主要修正壓力傳感器測(cè)量的入口壓力與毛細(xì)管真實(shí) 的入口壓力之間的差別。由于技術(shù)原因，使得毛細(xì)管入口處的真實(shí)壓力小于傳感 器的測(cè)量值。熔體從過渡區(qū)進(jìn)入口模時(shí)，由于熔體粘滯流動(dòng)的流線在入口處收 斂引起能量損失，從而造成壓力下降；在入口處聚合物熔體產(chǎn)生彈性形變，部 分流動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化成彈性能，造成壓力下降；在入口處由于熔體剪切速率的劇烈 增加，為達(dá)到流速的穩(wěn)定分布造

14、成壓力下降。螺桿的操作點(diǎn)：口模特性曲線與螺桿特性曲線的交的。離模膨脹：擠出物的直徑與口模直徑之比。粘性耗散;指粘性流體中機(jī)械轉(zhuǎn)化熱，或稱為粘性耗散熱。分配混合：如果所混合的組成都是流體，而且不存在屈服點(diǎn)的混 合型式。鯊魚皮現(xiàn)象：這種熔體破裂是發(fā)生在擠出物表面，擠出物表面呈 微細(xì)不規(guī)則且具有相當(dāng)間距的保柱性棱脊。Bagley入口壓力校正：主要修正壓力傳感器測(cè)量的入口壓力與毛細(xì)管真實(shí)的入口壓力之間的差別。熔接痕:注塑中兩股熔體相遇時(shí)在其界面處未完全溶合而形成的 一種線狀痕跡。聚氯乙烯的凝膠化;在加工過程中，隨著溫度升高，初級(jí)粒子受到 剪切作用而被粉碎，當(dāng)溫度更高時(shí)，初級(jí)粒子全部被粉碎，品體 熔化，

15、邊界消失，形成三維網(wǎng)絡(luò)的過程。分散混合：如果存在屈服點(diǎn)的組成為固體的混合型式。節(jié)流比：壓力體積流率Qp與拖拽體積流率Qd之比在聚合物擠出成型加工過程中，為什么要對(duì)普通螺桿進(jìn)行改進(jìn)？新型螺桿的類型有哪些？（1）產(chǎn)生固體床崩潰現(xiàn)像之后，固體（聚合物）和液體（聚合物）相互摻雜在一起，前進(jìn)幾個(gè)螺距之后，固體粒子懸浮于熔體之中，在這種情況下，固體粒子很難受到螺桿的剪切， 主要靠熔體導(dǎo)熱而緩慢的熔化，在靠近螺桿端部才逐漸完成，甚至將未熔化的固體粒子帶進(jìn) 口模。因此，聚合物在普通螺桿中熔化的最大問題是固體床崩潰。結(jié)果會(huì)出現(xiàn)塑煉質(zhì)量、產(chǎn) 量波動(dòng)和掃膛現(xiàn)象。（2）屏障型螺桿，銷釘型螺桿，波型螺桿。簡(jiǎn)述塑料在單螺

16、桿擠出機(jī)的熔化機(jī)理？由加料段送入的物料，在進(jìn)入熔化區(qū)后即在前進(jìn)過程中同加熱的料筒表面接觸，熔化即從接 觸部分開始，并在熔化時(shí)于料筒表面留下一層熔體膜。若熔體膜的厚度超過螺紋和料筒的間 隙時(shí)就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮落并將其強(qiáng)制積存在螺紋的前側(cè)而形成熔體池，在螺紋的后側(cè)則為 固體床。這樣，在沿螺槽向前移動(dòng)過程中，固體床的寬度就會(huì)逐漸減小，直到完全消失，即 完全熔化。根據(jù)Leingartnen對(duì)雙螺桿的分類，將雙螺桿分為哪五段？各段的主要作用是什么？ Leingartnen將對(duì)雙螺桿分為加料段、塑化段、限流段、排氣段和計(jì)量段等五段。加料段的 作用是將PVC干混料定量的輸送到塑化段，同時(shí)使物料得到少許預(yù)熱。

17、塑化段使物料加熱， 結(jié)團(tuán)成塊。限流段的作用：一方面將塑化段和排氣段分開；另一方面有促進(jìn)塑化的效果。排 氣段的作用：排出揮發(fā)性物質(zhì)以及預(yù)塑化物料中所夾帶的氣體。計(jì)量段的作用:完成塑化過 程，并建立起克服口模阻力的壓力。熔體破裂有哪三種類型？它們各自主要特點(diǎn)及其消除方法？（1）表面熔體破裂、振動(dòng)熔體破裂、嚴(yán)重熔體破裂。（2）表面熔體破裂的特點(diǎn)：擠出物表 面呈微細(xì)不規(guī)則且有相當(dāng)間距的包柱性棱脊，制品表面無光澤、鯊皺狀，粗糙或者制品的透 明度降低等。消除方法：提高模唇溫度和增大加工聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量分布寬度。振動(dòng)熔 體破裂的特點(diǎn)：擠出物由畸變區(qū)和平滑區(qū)交替組成的，流動(dòng)曲線在振動(dòng)區(qū)分層不連續(xù)的兩支 曲

18、線，并形成一個(gè)回線，剪切速率或應(yīng)力在此區(qū)振動(dòng)。消除方法：涂上氟碳彈性體。嚴(yán)重熔 體破裂特點(diǎn)：對(duì)于流動(dòng)曲線不連續(xù)的線型聚乙烯，是在剪切應(yīng)力超過第三臨界值時(shí)發(fā)生的； 而對(duì)于流動(dòng)曲線連續(xù)的支化聚乙烯，則在剪切應(yīng)力超過第二臨界值時(shí)發(fā)生。這兩類擠出物都 是無規(guī)畸變。消除方法：溫度一定時(shí)，降低分子質(zhì)量；分子質(zhì)量一定時(shí)，升高溫度；增加流 動(dòng)比。擠出機(jī)中擠出口模主要由哪三部分組成？各部分主要功能是什么？（1）口模一般由口模分配腔、引料流道和口模成型段這三個(gè)功能各異的幾何區(qū)域組成。（2） 口模分配腔是將入口模的塑料熔體分配在整個(gè)橫截面上，該橫截面形狀與擠出制品相似而與 從擠出機(jī)輸出的形狀不同；引料流道是將分配腔

19、到成型段之間的流道流線比；口模成型段賦 予擠出物適當(dāng)?shù)臋M截面形狀，并將熔體在分配腔和引料流道中所產(chǎn)生的不均勻流動(dòng)消除。等溫和非等溫充模過程中的壓力-流率的曲線圖：（1）指出曲線中1、2分別代表哪種流動(dòng)？（2）從下圖可以看出冷卻模影響充模的哪三種情況？（1）曲線1代表非等溫流動(dòng)；曲線2代表等溫流動(dòng)。（2）壓力一流率曲線有 一個(gè)極小流率Qmin，它相當(dāng)于充模瞬間進(jìn)入模腔內(nèi)的熔體立即完全凝固的流率，也就是說， 流率低于Qmin，即使壓力很高也不能充滿模腔。隨著流率增大（大于Qmin），凝固減小， 充模瞬間的模內(nèi)壓力下降，經(jīng)過一個(gè)最低充模壓力Pomin之后，充模壓力又隨流率的增大而增 加，甚至接近等溫

20、流動(dòng)的情況。曲線在極小值Pomin附近比較平坦，意味著在某一流率范圍 內(nèi)，所需充模壓力基本上是常數(shù)，壓力梯度減至最小，可使制品內(nèi)應(yīng)力降低。下圖是轉(zhuǎn)矩流變實(shí)驗(yàn)中得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線，請(qǐng)對(duì)曲線2進(jìn)行分析，對(duì)各點(diǎn)作簡(jiǎn)單說明。A點(diǎn)：加料峰。由于在較短時(shí)間內(nèi)全部試驗(yàn)料加入流變儀中，儀器轉(zhuǎn)子所受負(fù)荷徒增，從加 料前的轉(zhuǎn)矩為0迅速上升到一個(gè)峰值，即加料峰。在A點(diǎn)，原料處于完全的粉料狀態(tài)。B點(diǎn)：即谷底，最小轉(zhuǎn)矩。原料處于半壓實(shí)的粉料狀態(tài)，原料稍一捏就能散開。G點(diǎn)：變形點(diǎn)。在轉(zhuǎn)子的剪切熱河外加高溫的作用下，逐漸開始塑化。至UG點(diǎn)時(shí)，干混料由 外而內(nèi)地開始部分熔融，原料顆粒之間因發(fā)粘而粘接在一起，形成不牢固的一個(gè)整體。

21、X點(diǎn)：即塑化峰。此原料塑化最快，溶液粘度最高。在X點(diǎn)，原料已基本粘結(jié)成一塊整體， 邊緣有許多毛刺，粗糙發(fā)暗。塑化度大約為40%左右C點(diǎn)：最佳塑化點(diǎn)，理想的塑化程度（60%-65%）大致在C點(diǎn)。進(jìn)一步塑化粘結(jié)得更好，邊 緣有少許毛刺，塑化塊有一定光澤。在C點(diǎn)，由于原料塑化逐漸趨于完成，熔體黏度逐漸下 降，內(nèi)摩擦熱降低，因此熔體溫度上升的速度明顯減慢。D點(diǎn)：平衡點(diǎn)。塑化度基本達(dá)到100%，從此點(diǎn)進(jìn)入一個(gè)熔體黏度相對(duì)穩(wěn)定的階段。所有原料 完全塑化粘接成一塊，綿軟而具有較好的彈性和光澤，并完全包覆在轉(zhuǎn)子上。E：試驗(yàn)終止于E點(diǎn)。F：出現(xiàn)第二個(gè)轉(zhuǎn)矩最大值，并至最終的完全降解階段。從F點(diǎn)開始，熔體黏度因降解而急 速上升，因此熔體溫度上升的速度也明顯加大。下圖是剪切應(yīng)力（黏度）與剪切速率的關(guān)系曲線，請(qǐng)根據(jù)圖形回答問題：（1）1、11和III分別代表什么流動(dòng)狀態(tài)？I是牛頓流動(dòng)，11是假塑性流動(dòng)，III是牛頓流動(dòng)。（2）請(qǐng)從分子結(jié)構(gòu)角度來分析流體在I、11、111三種狀態(tài)變化的原因。在低剪切