1. 一个纸杯装满水置于桌面上，用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出，

杯子仍位于桌面不动。如果杯里装的是高聚物溶液，这次子弹把杯子打出8米远，解释之。

答：低分子液体如水的松弛时间是非常短的，它比子弹穿过杯子的时间还要短，因而虽然子弹穿过水那一瞬间有黏性摩擦，但它不足以带走杯子。 高分子溶液的松弛时间比水大几个数量级，即聚合物分子链来不及响应，所以子弹将它的动量转换给这个“子弹－液体－杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。 2. 已知增塑PVC的Tg为338K，Tf为418K，流动活化能 ? E ? ? 8 . 31 kJ ? 1 ?mol，433K时的粘度为5Pa. s。求此增塑PVC在338K和473K时的粘度各为多大？ 答：在 T ? 范围内，用WLF经验方程计算 g?Tg?100C? ?17.44(433?338)log433???11.3015 ?Tg51.6?(433?338)12 ???10Pa?sTglog?Tg?log5?11.3015?12.0048.31?103

exp()??E/RT(473)8.31?473?又因为473K>Tf，故用Arrhenius公式计算， ? ? ? 或 ??0.822630e8.31?10?(433) ??(473)?5?0.8226?4.1Pa?sexp()8.31?4333. 溶液的粘度随着温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随温度的升高

而升高，怎样理解？

答：在常温下，线团密度很大时，随温度升高，线团趋向松解，粘度增高。

在良溶剂中线团密度已经很小，随着温度的升高，线团密度变化不大，粘度降低。 4. 为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型? 分子量分布宽的试样的粘度对切变速率更敏感，随切变速率的提高，粘度比窄分布的试样低。 5. 为什么高分子熔体的表观粘度小于其真实粘度？

6. 不受外力作用时橡皮筋受热伸长；在恒定外力作用下，受热收缩，试用高弹性热力学理论解释. 答：（1）不受外力作用，橡皮筋受热伸长是由于正常的热膨胀现象，本质是分子的热运动。 （2）恒定外力下，受热收缩。分子链被伸长后倾向于收缩卷曲，加热有利于分子运动，从而利于收缩。其弹性主要是由熵变引起的，

Tds??fdl中，f＝定值，所以，

dl??Tdsf?0 即收缩，而且随T增加，收缩增加。

7、在橡胶下悬一砝码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？

解：橡胶在张力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即蜷曲的大分子链在张力的作用下变得伸展，构象数减少。熵减少是不稳定的状态，当加热时，有利于单键的内旋转，使之因构象数增加而卷曲，所以在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。 9. 今有B-S-B型、S-B-S型及S-I-S型、I-S-I型四种嵌段共聚物, 其中哪些可作热塑性橡胶，为什么? (B代表丁二烯，I代表异戊二烯) 答：只有S-B-S和S-I-S两种嵌段共聚物可作热塑性橡胶，其余两种不行。因为S-B-S和S-I-S的软段在中间，软段的两端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于用化学键交联的橡胶，形成了对弹性有贡献的有效链——网链。而B-S-B和I-S-I软段在两端，硬段在中间。软段的一端固定在玻璃态的聚苯乙烯中，相当于橡胶链的一端被固定在交联点上，另一端是自由活动的端链，而不是一个交联网。由于端链对弹性没有贡献，所以，这样的嵌段共聚物不能作橡胶使用。

10. 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

1

高。这两个事实有矛盾吗？为什么？

答：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?RTMc,T升高，高分子热运动加

????t低温高温剧，分子链趋于卷曲构象的倾向更大，回缩力更大，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的松弛时间，这个松弛过程在高温时比较快，而

lgt0lgt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

11. 为什么说实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体中又带弹性？列举它们的具体表现。如何减少橡胶的粘性?在挤出成型中如何减小制品中的弹性成分？

答：实际橡胶弹性中带粘性的原因：外力作用下分子链的质心发生位移，需克服内摩擦力，是不可逆形变。表现形式：蠕变、应力松弛、滞后与内耗。减少橡胶的粘性：减少分子链质心位移，如引入刚性成分，适度交联等。

高聚物粘性熔体带弹性的原因：分子链质心的迁移是通过链段的协同运动实现的，外力去除后，通过链段的运动不可避免的要恢复一部分，表现出弹性。高聚物粘性熔体带弹性的表现：法向应力效应、 挤出物胀大、不稳定流动等。减小成型制品中的弹性成分：提高熔体温度；降低挤出速率；降低分子量，减小分子量分布；增加毛细管直径，增加口模长径比；将出口设计为流线形等。

12. 为什么高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好？ 说明双轴拉伸定向有机玻璃与普通非定向有机玻璃在模量、强度、韧性上的主要差别并解释原因。

答：双轴拉伸定向有机玻璃在取向的x,y方向上的模量、强度提高，韧性也提高，而在垂直于取向的方向上模量和强度比非定向有机玻璃减小。（2分） 解释原因：

1) 取向后，高分子链沿取向方向排列，原子间以化学键结合为主，而未取向方向上原子

间以范德华力为主；

2) 材料在拉伸取向的过程中，能通过链段运动，使局部高应力

?区发生应力松弛，使材料内的应力分布均化，这也是取向后

3强度提高的原因之一。(可不答)

23) 取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此，当1材料的断裂强度随取向程度提高时，材料的脆化温度下降(如

图). 未拉伸普通有机玻璃的Tb在室温附近，而双轴拉伸定向有机玻璃的Tb低于室温。拉伸度足够高时，Tb可下降到

-40℃。因此，在常温下，双轴拉伸定向有机玻璃处于不脆区，不仅强度比普通有机玻璃的高，而且韧性也好得多。

13. 如果把高分子材料在熔点或玻璃化以下进行退火处理，其蠕变速度有何变化? 为什么? 14. 聚合物在玻璃化转变区域出现一个内耗峰,为什么?

15. 何谓高弹形变和强迫高弹形变? 有何异同？出现强迫高弹形变的条件是什么？ 16. 能否说“温度愈高，蠕变速率和应力松弛速率愈快”？

17. 高聚物的应力松驰现象，就是随着时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。该说法正确

2

?y?bTb3Tb2Tb1T否？

18. 试述聚合物分子量对流动活化能和熔体切粘度的影响。流动活化能与熔体切粘度的温度敏感性之间有什么关系？如何求聚合物的流动活化能。

19. 在塑料挤出成型中，如发现制品出现竹节形、鲨鱼皮一类缺陷，在工艺上应采取什么措施消除这类缺陷。

20. 若在室温下(25℃)对橡皮筋(轻度交联橡胶)施加一适当的重物，试用曲线和公式表明其形变随时间的变化；今若提高试验时的温度(35℃)进行同样的试验，其形变随时间的变化会有何不同，解释之

21. 在楼板上安装振动装置时，若楼板与机座间安放橡皮楼板的振动大大减弱或完全消失，为什么？

22. 已知聚甲基丙烯酸甲酯的应力松弛模量E(t)-T曲线如题5-3图所示，画出图中由▲指示状态下应力-应变行为（其它测试条件同）。

为了降低高分子熔体的粘度，

对于刚性料：增加螺杆转速和柱塞压力（×） 提高体系的温度（）

对于柔性料：提高料筒的温度（×）

提高螺杆转速和柱塞压力（）

第一章习题

1. 什么是流变学(Rheology)？

流变学是力学的一个分支，它主要研究材料在外界作用下(应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等) 的流动和变形的一门科学。

2. 流变性实质——“固-液两相性”，“粘弹性”并存。

3. 聚合物流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体与高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。

4. 软物质(Soft matter)也称软凝聚态物质(Soft condensed matter)，是处于固体和理想流体之间的一类凝聚态物质，一般由大分子或基团组成，如液晶、聚合物、胶体、生物膜、泡沫、颗粒物质、两亲分子等，这类物质相对于弱的外界影响（如施加给物质瞬间的或微弱的刺激），能作出相当显著的响应和变化。

5. 流变学研究对象：软物质; 聚合物流变学研究对象：高分子溶液、高分子熔体、聚合物基复合体系。

软物质：弱力引起大变化

6. 聚合物流变学的研究方法：结构流变学、加工流变学(唯象性流变学)、实验流变学 7. 聚合物流变特点：多样性 、高弹性 、时间依赖性：

3

8. 聚合物主要流变行为：粘性流动、类橡胶弹性、胡克弹性、粘弹性、塑性形变和断裂特性

9. 聚合物的结构特点

? ①高分子的链式结构：由很大数目（103-105 ）的结构单元组成。

? ②高分子链的柔顺性：链的内旋转产生非常多的构象,使主链弯曲而具有柔性。 ? ③高分子结构的多分散性，不均一性。

? ④凝聚态结构复杂：晶态（球晶、串晶、单晶、伸直链晶）、非晶态、液晶态结构、

取向态结构等。

第三章线性粘性与非线性粘性习题 一、 基本概念

1. 流体、层流、湍流、牛顿流体、非牛顿流体、宾汉塑性体、假塑性流体、表观粘度、触

变体、流凝体、

1、 非牛顿流体；牛顿流体；粘流温度 2、 表观粘度；无穷大剪切粘度；零切粘度 3、 熔融指数；门尼粘度；幂律定律 4、 触变体；流凝体 5、 拉伸粘度；动态粘度

6、 巴拉斯效应；韦森堡效应；熔体破裂现象；挤出物胀大比；挤出物胀大现象 二、 判断题

1. 粘流温度与外力大小和外力作用时间有关（Y） 2. 聚合物的分子量大小对其玻璃化温度影响不大。Y 3. 分子量增加，Tf增大。Y

4. 对Bingham塑性体，当切应力小于屈服应力时，其形变行为类似于虎克弹性体。Y 5. 凡触变体均可视为剪切变稀的假塑性体，但假塑性体未必为触变体；同样，凡震凝体均

可视为剪切变碉的胀流体，但胀流性体未必为震凝体。 选择与填空题：

1, 随分子量的增加,Tf和 E 的变化趋势( ) a,Tf增加, E 基本不变; b,Tf增加, E 增加; c,Tf基本不变; E 基本不变

2、聚合物成型加工中,要减小柔性高分子的表观粘度,?需提高剪切速率; 而要减小刚性链高分子的表观粘度,?则提高温度更为有效( ) 3、高聚物的粘流活化能越高，其( ) a.分子间作用力越小 b.分子链越柔顺 c.分子链越刚硬或者分子间作用力越大

4、随分子量的增加，Tf和ΔEη的变化趋势

a、Tf增加，ΔEη基本不变；b、Tf增加，ΔEη增加； c、Tf基本不变，ΔEη基本不变。 5、高聚物的粘流活化能越高，其( )

a、分子间作用力越小；b、分子链越柔顺

6、下列聚合物中，熔体粘度对温度最敏感的是（ ）。 A、PE B、PP C、PC D、PIB 7、聚合物的粘流活化能一般与（ ）有关。

A、温度 B、切应力 C、切变速率 D、高分子的柔顺性

4

8、下列四种聚合物中，粘流活化能最大的为（ ）。

A、高密度聚乙烯，B、顺丁橡胶，C、聚二甲基硅氧烷，D、聚苯乙烯

9、对于同一种聚合物，在相同的条件下，流动性越好，熔融指数MI越（ ）。 A、高、 B、低、 10、假塑性流体的粘度随应变速率的增大而 ，用幂律方程 表示时，n 1。 11、聚合物熔体的弹性响应包括 ， 与 。 12、对于相同分子量，不同分子量分布的聚合物流体，在低剪切速率下，分子量分布 的粘度高，在高剪切速率下，分子量分布 粘度高。

13、通常聚合物熔体属于非牛顿流体中的（ ）型流体，其流动行为可以用（ ）公式描述，式中n值（ ）。

14、加工聚碳酸酯时，可以采用（ ）有效方法来改善其加工流动性。 15、非牛顿流体的主要类型有（ ）、（ ）和（ ）。

16、高聚物熔体的弹性流变效应主要反映在（ ）、（ ）和（ ）三个方面。 四、简答题

1、 高分子熔体流动的特点

2、影响聚合物熔体流动性的因素有哪些

4、试从非晶态高聚物自由体积与粘度的关系推导WLF方程

5、随着剪切速率的增加，聚合物熔体的粘度会出现怎样的变化。

6、推导出幂律流体粘度和剪切速度的关系式，说明幂律公式和实际高聚物性质的差异 7、毛细管流变仪测定高分子流变性需考虑哪两种修正？ 简要说明修正方法？ 8、简要说明同类高聚物分子量和分子量分布对聚合物流动性能的影响。 9、什么叫剪切速率，它对聚合物熔体粘度的影响怎样？

10、怎样才能在成型加工中有效地调节聚碳酸酯和聚甲醛的流动性? 为什么? 11、分别画出牛顿流体和假塑性流体的流动曲线和流变曲线并加以简单说明。 12、熔体破裂后会出现哪些现象

13，高聚物熔体弹性流变效应都有哪些? 14、讨论Tg、△Eη、ηo与分子量的关系。

15，简述假塑性流体和胀塑性流体表观粘度与剪切速率之间的关系，并用理论加以解释。 16，为何同一种高聚物分子量分布宽的较分布窄的易于挤出或注射成型?

17、有两种具有相同化学组成，近似相同密度和相同分子量聚合物，其中一种是线形的，另一种是短支链形的，则此两种聚合物的logη─logMw关系图，定性表示怎样？?并指出其缠结分子量的不同。

18、解释下列粘性流动曲线

(1)下图是零切粘度(η。)与分子量(Mw)关系的logη。─logMw曲线在切变速率 γ2〉γ1的条件下，于B点分成BC和BD两段，试说明曲线上AB、BC和BD各段曲线的趋势及其原因。

图6-2 切变速率对logη。--logMw曲线的影响.

19、下图(a) (b)分别表示分子量大小(?M1〉M2)和分子量分布宽度指数(d1〉d2)的不同,对表观粘度(ηa)和切变速度γ1的依赖性,解释出现上述曲线的原因.

图6-3分子量对流动曲线的影响 图6-4分子分布对流动曲线的影响

20、熔体粘度随聚合物分子量的增大而增大，但当分子量超过临界值时，粘度与分子量的关系由logη=1.5-2.0logM+A变为logη=3.4logM+A。

21、随着剪切速率的增加，大多数高分子熔体的流动曲线会经历三个区域即第一牛顿区、假

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