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1、二、简答题（可任选答8题，每题5分，共40分）：第一章绪论1、简述聚合物流变行为的特征是什么？多样性高弹性时间依赖性2、何为粘弹性？为什么聚合物具有明显的粘弹性？举例介绍塑料制品应用和塑料加工 中的粘弹性现象？粘弹性：外力作用下，高聚物材料的形变行为兼有液体粘性和固体弹性的双重特性，其 力学性质随时间变化而呈现出不同的力学松弛现象的特性。由于高聚物材料对时间的依赖性， 因此第二章基本物理量和线性粘性流动1、简述线性弹性变形的特点1、变形小2、变形无时间依赖性3、变形在外力移除后完全回复4、无能量损失5、应力与应变成线性关系：。=E2、聚合物的粘性流动有何特点?为什么？1、变形的时间依赖性流体的
2、变形随时间不断发展2、流体变形的不可回复性：粘性流体 的变形是永久变形3能量散失：外力对流体所作的功在流动中转为热能而散失，这一点与 弹性变形过程中贮能完全相反。4、正比性：线性粘性流动中剪切应力与剪切应变速率成 正比，粘度与剪切应变速率无关。2、聚合物的结晶熔化过程与玻璃化转变过程本质上有何不同？试从分子运动角度比较聚 合物结构和外界条件对这两个转变过程影响的异同。聚合物的结晶熔化过程是随着温度的升高，聚合物晶区的规整结构遭受破坏的过程。从 熔点的热力学定义出发，熔点的高低是由熔融热M与熔融WAS决定的。一般的规律是，熔 融热AH越大，熔融WAS越小，聚合物的熔点就越高。聚合物的玻璃化转变过
3、程是随温度升高，分子链中链段运动开始，由此会导致一系列性 质的突变。因此，分子链的柔性越好，链段开始运动所需要的能量越低，其玻璃化温度就越 低。3、试述温度和剪切速率对聚合物剪切粘度的影响。并讨论不同柔性的聚合物的剪切粘度 对温度和剪切速率的依赖性差异。聚合物的剪切粘度随温度的升高而下降，在通常的剪切速率范围内，聚合物的剪切粘度也是随剪切速率的增大而降低的。只有在极低（接近于零）及极高（趋于无穷大）的剪切速率下，聚合物的粘度才不随剪切速率的变化而变化。不同柔性的聚合物的剪切粘度对温度和剪切速率的依赖性是不同的：柔性的高分子链在 剪切力的作用下容易沿外力方向取向，使粘度明显下降。而刚性高分子则下
4、降得很不明显。 刚性高分子的粘流活化能大，其剪切粘度对温度极为敏感，随着温度的升高，剪切粘度明显 下降，而柔性高分子的粘流活化能小，其剪切粘度随温度的变化较小。4、解释如下现象：1）聚合物的T开始时随分子量增大而升高，当分子量达到一定值之后，T变为与分子量无关的常数；2）聚合物中加入单体、溶剂、增塑剂等低分子物时导致T 下降：S1）由于分子链中端基受限最少，其运动最为容易。所以，当分子链中端基所占比例越 大（即分子最越低）时，T越低。当分子量大到一定程度后，端基在分子链中的比例可以忽 略时，2、就不合再随加子低分子物质升高了单体、溶剂或增塑剂）后，其分子链间距会增大， 分子间作用力减小，导致链
5、段开始运动所需要的温度（T ）降低。5、指出下列高分子材料的使用温度范围（T，T ）：S非晶态热塑性塑料，晶态热塑性塑料，热固性塑料，硫化橡胶，涂料。m S答：非晶态热塑性塑料：使用温度在T以下（或TT之间）；晶态热塑性塑料：使用 温度在T以下（或TT之间）；热固性塑料：使用温度在其分解温度T以下（或TT之 间）；硫化橡胶：使用温度在T以上（或TT之间）；涂料：使用温度在*以下。b d6、两个牵伸比相同的聚丙烯的纺丝过程中，A用冰水冷却，B用333更的热水冷却。成 丝后将这两种聚丙烯丝放在363K的环境中，发现两者的收缩率有很大不同。哪一种丝的收缩 率高？说明理由。冰水冷却的收缩率高。两个牵伸
6、比相同的聚丙烯的纺丝过程，A用冰水冷却，B用333K的热水冷却。在两种不 同的冷却过程中，由于温度不同，导致两种条件下结晶的完善程度不同。用冰水冷却时，由 于温度迅速降低，导致聚丙烯结晶不完善，升温至363K的环境中，由于聚丙烯会出现二次结 晶，并且形成较完善的晶体，导致体积的收缩率较大；而用333K的热水冷却时，由于温度较 高，导致聚合物的结晶较为完善，在升温至363K的环境后，体积收缩率较小。7、提高聚合物的耐热性的措施有哪些？其中哪些是通过改变聚合物的分子结构而实现 的？高温下聚合物可以发生降解和交联。降解是高分子的主链断裂，导致分子量下降，材料 的物理-力学性能变差。交联使高分子链间生
7、成化学键，引起分子量增大。适度交联可以改善 聚合物的耐热性和力学性能。但交联过度，会使聚合物发硬变脆。聚合物的热降解和交联与化学键的断裂或形成有关，化学键的键能越大，材料的耐热性 就越好。概括起来，提高聚合物耐热性的途径有三：1）尽量减少或避免高分子链中弱键，利 用强极性取代基增强一C-C一键的耐热性等。2）将聚合物适度交联可在提高强度的同时，提 高聚合物的耐热性。3）在聚合物主链中引入苯环、脂环或合成“梯形”、螺形“结构的聚合 物，提高分子链的刚性。8、试述影响聚合物粘流温度的结构因素。结构因素：高分子链的柔性：高分子链的柔性越好，链的单键内旋转越容易进行，运动单 元链段就越小，流动活化能也
8、越低，聚合物在较低的温度下就能实现粘性流动。因此，分子 链的柔性越好，其粘流温度越低。高分子的极性：高分子的极性越大，分子间的相互作用越大，其粘流温度也越高。分子量：分子量愈大，高分子链越长，整个分子链相对滑动时摩檫阻力就愈大，需在更 高的温度下才能发生粘性流动，即粘流温度越高。（注意外界因素：外力大小和外力作用时 间长短不属于结构因素）9、按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量 越高。这两个事实有矛盾吗？为什么？按常识，温度越高，橡皮越软；而平衡高弹性的特点之一却是温度愈高，高弹平衡模量越高。 这两个事实不矛盾。原因：1） E = 3耍,T升高，高分子热
9、运动加剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回 Mc缩力更大，故高弹平衡模量越高；2）实际形变为非理想弹性形变，形变的发展需要一定是松弛 时间，这个松弛过程在高温时比较快，而低温时较慢，松弛时间较长，如图。按常识观察到的温 度越高，橡皮越软就发生在非平衡态，即:t时。10、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并说明区域名称及对应的粘度名称，解释 区域内现象的产生原因。对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并说明区域名称及对应的粘度名称，解释区域 内现象的产生原因。答：第一牛顿区：粘度为零切粘度n。此时由于切变速率很小，虽然缠结结构能被破坏，但 破坏的速率等于形成的速率，缠结点数目处于动态平衡，故粘度
10、保持恒定，表现为牛顿流体 的流动行为；假塑区：粘度为表观粘度n 。当切变速率增大时，缠结结构被破坏的速度越来越大于 其形成速度，缠结点数目逐渐减少，故粘度不为常数，随切变速度的增大而减小，表现出假 塑性流体的流动行为；第二牛顿区：粘度极限粘度（无穷切粘度）n 。当达到强剪切的状态时，大分子中的 缠结结构几乎完全被破坏，来不及形成新的缠结，取向也达到极限状态，大分子的相对运动 变得很容易，体系粘度达到恒定的最低值，第二次表现为牛顿流体的流动行为。11、为什么实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体又带弹性？列举它们的具体表现形 式。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小成型制品中的弹性成分？实际橡
11、胶弹性中带粘性的原因：构象改变时需克服摩擦力；高聚物粘性熔体又带弹性的 原因：分子链质心的迁移是通过链段的分段运动实现的；链段的运动会带来构象的变化；列 举它们的具体表现形式：橡胶拉伸断裂后有永久残余应变；橡胶快速拉伸会放热；挤出胀大 等。减少橡胶的粘性:适度交联；在挤出成型中减小成型制品中的弹性成分：提高熔体温度； 降低挤出速率；增加口模长径比；降低分子量，特别要减少分子量分布中的高分子量尾端。12、对聚合物熔体的粘性流动曲线划分区域，并标明区域名称及对应的粘度名称，解释 区域内现象的产生原因。（1）第一牛顿区，零切粘度n 0,解缠速度等于再缠结速度（2）假塑区，表观粘度n ，解 缠速度大于
12、再缠结速度（3）第二牛顿区，极限粘度n ，不存在缠结。a13、熔融指数与相对分子质量有什么关系？简述之。高聚物相对分子质量大小对其粘性流动影响极大。相对分子质量增加，使分子间的作用 力增大，显然会增加它的粘度，从而熔融指数（mi）就小。相对分子质量的缓慢增大，将导 致表观粘度的急剧增加和MI的迅速下降。熔融指数MI与相对分子质量M之间有如下关系：lg （MI） =A-BlgM式中：A、B是高聚物的特征常数。因此在工业上常用MI作为衡量高聚物相对分子质量大小 的一种相对指标。但必须注意，支化度和支链长短对熔融指数也有影响。长支链支化度使熔体切粘度显著增 高（MI下降），支化度越大，MI增高越多。
13、此外相对分子质量分布对MI也有一定影响。有时 相对分子质量相同的同一高聚物的流动性相差很大，就是因为相对分子质量分布影响流动性 所致。相对分子质量分布宽的，其中低相对分子质量部分相当于增塑剂，起了内增塑作用， 使流动性较好。14、简述聚合物熔体和溶液的普适流动曲线，说明n和n的含义并以分子链缠结的观点给以解释。0答：高聚物熔体和溶液的流动曲线可分为三个区域：1、第一牛顿区:剪切速率低，曲线斜率n=1，lgK=lgn 0，符合牛顿流动定律。该区的粘度 为零切粘度n 0,可从这一段直线外推到与lgr=0的直线相交处求得。由于大分子处于高度缠 结的拟网状结构，流动阻力很大。当流速很小时，体系所受的剪
14、切应力或剪切速率很小，分 子链构象变化得也很慢，而且分子链运动有足够的时间进行松弛，使解缠结速度与缠结速度 相等，故粘度保持恒定的最高值。2、假塑性区：流动曲线的斜率n1,该区的粘度为表观粘度n a=T / 。从曲线上任一 点引斜率为1的直线（前图中倾斜的虚线即是）与lgr=0的直线相交点，得到的就是曲线上 那一点对应的剪切速率下的表观粘度。3、第二牛顿区：流动曲线的斜率n=1，符合牛顿流动定律。在高剪切速率区，由于强 剪切，缠结全部破坏，来不及形成新的缠结，取向也达到极限状态，大分子的相对运动变得 很容易，粘度达恒定的最低值，称极限剪切粘度n一一 、 8 15、分别画出牛顿流体、理想弹性体、
15、线形和交联聚合物的蠕变曲线及回复曲线16、为什么高聚物的流动活化能与相对分子质量无关？根据自由体积理论，高分子的流动不是简单的整个分子的迁移，而是通过链段的相继跃 迁来实现的。形象地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动。因而其流动活化能与分子的长短无关，。 H =Aexp （E /RT），由实验结果可知当碳链不长时，E随碳数的增加而增加，但当碳数大于30 时，E不再增大。因此聚合物超过一定数值后，E与相对分子质量无关。17、解释为什么高速行驶中的汽车内胎易爆破汽车高速行驶时，作用力频率很高，丁上升，从而使橡胶的T接近或高于室温。内胎处于 玻璃态，自然易于爆破gg18、举例说明和区分以下的聚合物熔体的流
16、动类型：1）层流和湍流；2）稳定与不稳定流动；3）等温与非等温流动；4）剪切流动与拉伸流 动；5）压力流动与拖曳流动。1）聚合物熔体 在成型过程中流动时，其雷诺准数一般小于10；分散体也不会大于2000， 因此其流动均为层流。因聚合物熔体粘度高。如低密度聚乙烯熔体粘度约301000Pas。 在加工过程中剪切速率一般不大于104s-1。但由于聚合物有弹性，当剪切应力过大等原因， 会出现弹性引起的湍流，造成熔体的破碎2）稳定流动:一切影响流体流动的因素都不随时间 而改变的流动如正常操作的挤出机中，塑料熔体沿螺杆螺槽向前流动属稳定流动，因其流速、 流量、压力和温度分布等参数都不随时间而变动；不稳定流动:凡流体在输送
