2025年高分子材料流变学模拟试题集锦

1.一种纸杯装满水置于桌面匕用一发子弹从桌面下部射入杯子，并从杯子的水中穿出，

杯了•仍位于桌面不动。假如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，但它局限性以带走杯了。

高分子溶液的松弛时间比水大几种数量级，即聚合物分子链来不及响应，因此子弹将它的动

量转换给这个“子弹一液体一杯子”体系，从而子弹把杯子带走了。

2.已知增塑PVC的Tg为338K,Tf为4I8K,流动活化能△£〃=8.3LU•"也尸

,433K时的粘度为5Pa.s。求此增塑PVC在338K和473K时的褊度各为多大？

答：在,_7；+100。范围内，用WLF经验方程计算

-17.44(433-338)_

log皿=113015

51.6+(433-338)

：.7；=\012Pa-s

log色=iog5+11.3015=12.004r

exp(^l^)

’7』3)一尸8.31x473

又由于473K>Tf,故用Arrhenius公式计凫,=0.8226

〃⑷3)8.31x10-

7（473）=5x0.8226=4.1Pas'，叫）exp（"'……）

溶液的粘度伴随温度的升高而下降，高分子溶液的特性粘数在不良溶剂中随缠虎喇高

3.

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，伴随温度的升高，线团密度变化不大，粘度减少。

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.为何高分子熔体的表观粘度不不小于其真实粘度？

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：（I）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，加热有助于分子运动，

从而利于收缩。其弹性重要是由燧变引起的，Tds=-fiU中,f=定值，因此,

dl=-Tds/f<0即收缩，并且随丁增长，收缩增长。

7、在橡胶下悬一祛码，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，重要是嫡变化，即蜷曲的大分子链在张力的作

用卜.变得伸展，构象数减少。崎减少是不稳定的状态，当加热时，有助于单键的内旋转，使

之因构象数增长而卷曲，因此在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。

9,今有B-S-B型、S-B-S型及S1S型、LS-I型四种嵌段共聚物.其中哪些可作热塑性橡胶，

为何？（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，其他两种不行%由于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，相称于用化学律交联的橡胶，形成

了对弹性有奉献的有效链——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，相称于橡胶链的•端被固定在交联点上，另•端是自由活动

的端链，而不是一种交联网。由于端链对弹性没有奉献，因此，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•却是温度愈高，高弹平衡模量越

高。这两个事实有矛盾吗？为何？

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"工，T升高,高分子热运动加

也

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

低温时较慢，松弛时间较长，如图。按常识观测到的

温度越高，橡皮越软就发生在丰平衡态，即l<to时。

11.为何说实际橡胶弹性中带粘性，高聚物粘性熔体中又带弹性？列举它们的详细体现。

怎样减少橡胶的粘性?在挤出成型中怎样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。体现形式：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

清除后，通过链段的运动不可防止的要恢复一部分，体现出弹性。高聚物粘性熔体带弹性的

体现：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：减少挤出速率：减少分子量，减小分子量分布；增长毛细管直径，增长口模长径比:

将出口设il♦为流线形等。

12.为何高聚物玻璃比小分子坂璃韧性好？阐明双轴拉伸定向有机玻璃与一般非定向有机玻

璃在模量、强度、韧性上的重要差异并解释原因。

答：双轴拉伸定向有机玻储在取向的方向上的模量、强度提高，韧性也提高，而在垂

直于取向的方向上模量利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

强度提高的原因之一。（可不答）

3）取向对屈服强度的影响远低于对断裂强度的影响。因此，当

材料的断裂强度随取向程度提高时，材料的脆化温度卜.降（如

图）.未拉伸一般有机玻璃的，在室温附近，而双轴拉伸定向

有机玻璃的。低于室温。拉伸度足够高时，〃可下降到

-40C。因此，在常温下，双轴拉伸定向有机玻璃处在不脆区，不仅强度比一般有机

玻璃的高，并且韧性也好得多。

13.假如把高分子材料在熔点或玻璃化如下进行退火处理，其蠕变速度有何变化？为何？

14.聚合物在玻璃化转变区域出现一种内耗峰，为何？

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，就是伴随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。该说法对的

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？怎样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，在工艺上应采用什么措施

消除此类缺陷。

20.若在室温下（25℃）对橡皮筋（轻度交联橡胶）施加一合适的重物，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

有何不一样，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，

为何？

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（其他测试条件同）。

为了减少高分子熔体的粘度，

对于刚性料：增长螺杆转速和柱塞压力（X）

提高体系的温度（）

对于柔性料•：提高料筒的温度（X）

提高螺杆转速和柱塞压力（）

第一章习题

1.什么是流变学（Rheology）?

流变学是力学的一种分支，它重要研究材料在外界作用卜.（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，重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构造及其他物理、化学性质的关系。

4.软物质（Sofimatter）也称软凝聚态物质（Softcondensedmatter）.是处在固体和理想流体之

间的一类凝聚态物质，一般由大分子或基团构成，如液晶、聚合物、胶体、生物膜、泡沫、

颗粒物质、两亲分子等，此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）,

能作出相称明显的响应和变化。

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措施：构造流变学、加工流变学（唯象性流变学）、试验流变学

7.聚合物流变特点：多样性、高弹性、时间依赖性：

8.聚合物重要流变行为：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.聚合物的构造特点

•①高分子的链式构造：由很大数目（103-105）的构造单元构成。

•②高分了•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高分子构造的多分散性，不均一性。

•④凝聚态构造复杂：晶态（球晶、串晶、单晶、伸直链晶）、非晶态、液晶态构造、

取向态构造等。

第三章线性粘性与非线性粘性习题

—＞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、

I、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：哥律定律

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

I.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.分子量增长，Tf增大。Y

4.对Bingham塑性体，当切应力不不小于屈服应力时，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，凡宸凝体均

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,随分子量的增长,Tf和E的变化趋势（）

a,Tf增长,E基本不变;b,Tf增长,E增长;

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、随分子量的增长，Tf和AEn的变化趋势

Tf增长，AEr］基本不变：b、Tf增长，AEn增长：

c^Tf基本不变，AEn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、PEB、PPC、PCD、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

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，在相似的条件下，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，用基律方程表达时,n—

II、聚合物熔体的弹性响应包括,与0

12、对于相似分子量，不一样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、一般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（）有效措施来改善其加工流动性。

15、非牛顿流体的重要类型有（）、（）和（）。

16、高聚物熔体的弹性流变效应重要反应在（）、（）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原因有哪些

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、伴随剪切速率的增长，聚合物熔体的粘度会出现怎样的变化。

6、推导出累律流体粘度和剪切速度的关系式，阐明哥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？简要阐明修正措施？

8、简要阐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整聚碳酸酯和聚甲醛的流动性？为何？

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朴阐明。

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均有哪些？

14^讨论Tg、△EQ、月。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•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、有两种具有相似化学构成，近似相似密度和相似分子量聚合物，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logn-bgMw关系图，定性表达怎样？•并指出其缠

结分子量的不一样。

18、解释下列粘性流动曲线

（1）下图是零切粘度01。）与分子量（Mw）关系的logi］。TogMw曲线在切变速率Y2）一的

条件下，于B点提成BC和BD两段，试阐明曲线上AB、BC和BD各段曲线的趋势及其原

因。

图6-2切变速率对logn。-logMw曲线的影响.

19、下图（a）（b）分别表达分子量大小（・MDM2）和分子量分布窗度指数（dDd2）的不一样.对

表观粘度Sa）和切变速度yl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logr|=l.5-2.01ogM+A变为k）gr|=3.41ogM+A。

21、伴随剪切速率的增长，大多数高分子熔体的流动曲线会经历三个区域即第•牛顿区、假

塑性区、第二牛顿区。

22、高聚物熔体的流动是通过链段的协同作用来实现的。

23、氯化聚醛和聚碳酸酯在加工中为了改善其加工流动性，各应选用何种加工条件更为有效,

为何？

24、聚碳酸酯熔体粘度受剪切速率的影响较小，而聚甲醛熔体咕度受剪切速率的影响较大。

25、聚合物熔体挤出模口后，发生挤出物胀大现象

26、从缠结理论出发，分析高聚物熔体和溶液的普适流动曲线

27、如下为几种流体的流动曲线，判断其各属哪种类型流体，画出高分子熔体的流动曲线

（logq-Logy）,并用作图法求出其“0［年8

28、与小分子相比，高聚物熔体流动具有哪些特点，试用分子运动论讨论。

29、讨论影响高聚物粘流温度的重要原因

30、减少柔性链（POM）,刚性链（PC）熔体的粘度应当采用什么措施？

31、1）阐明链构造对粘度的影响2）阐明温度对不一样构造的聚合物的粘度的影响。

32、为何涤纶用熔融纺丝，而脯纶用湿法纺丝？

16、溶液的粘度伴随温度的升高而下降，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？

五、计算题

1、画出牛顿流体，假塑性流体，宾汉流体的流动曲线，•并写出对应的函数体现式。

2、什么叫非牛顿流体和假塑性流体?既有高密度聚乙烯，聚碳酸酯，等规聚丙烯和聚甲基丙

烯酸甲酯四种高聚物，试指出哪些高聚物的溶体粘度对温度的敏感性大，哪些高聚物的熔体

粘度对剪切速率的敏感性大？为何？

基础部分

1、简述引起熔体破碎的重要的原因。

熔体破裂是液体不稳定流动的一种现象。产生熔体破裂的原因重要是熔体中的弹性答复

所引起。

熔体在管道中流动时剪切速率分布的不均匀性使熔体中弹性能不均匀分布。当熔体中产

生的弹性应力一旦增长到与滞流动阻力相称时，粘滞阻力就不能再平衡弹性应力的作用，而

弹性效应所致熔体流速在某•位置上的瞬时增大形成“弹性湍流”，即“应力破碎”现象。在园

管中，假如产生弹性湍流的不稳定点沿着管的周围移动，则挤出物将呈螺旋状，假如不稳定

点在整个圆周上产生，就得到竹节状的粗糙挤出物。

产生不稳定流动和熔体破裂现象的另一种原因是熔体剪切历史的波动引起的。即剪切应

力不一样，熔体所产生的弹性效应不一样，从而使其弹性答复产生差异，形成熔体破裂。

2、将聚丙烯丝抽伸至相似伸长比，分别用冰水或90C热水冷却后，再分别加热到90C的

二个聚丙烯丝试样，哪种丝的收缩率高，为何？

用冰水的聚丙烯丝收缩率高，由于冰水冷却时，冰水的温度远远低于聚丙烯的最佳结晶

温度，此时，聚丙烯丝的构造更多的保持了其纺丝过程中分子的取向状态，而用90'C热水

冷却时，聚丙烯分子具有较为充足的解取向时间，当聚丙烯丝再次分别加热到90C时，前

者才进行较高程度的解取向，体现出较高的收缩率。

3、简述高聚物熔体流动的特点。

由于高聚物大分子的长链构造和缠绕，聚合物熔体、溶液和悬浮体的流动行为远比伤分

了•液体复杂。在广阔的剪切速率范围内，此类液体流动时剪切力和剪切速率不再成比例关系，

液体的粘度也不是一种常此因而聚合物液体的流变行为不服从牛顿流动定律。即非牛顿型流

动。

4、举例阐明高聚物熔体粘弹性行为的体现。

聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动.

端木效应包括入口效应和模口膨化效应（离模膨胀）即巴拉斯效应。

不稳定流动即可由于熔体弹性答复的差异产生熔体破碎现象.

5、阐明链构造对高聚物粘度的影响。

聚合物的构造原因即链构型和链的极性、分子量、分子量分布以及聚合物的构成等对聚

合物液体的粘度有明显影。

聚合物链的柔性愈大.缠结点众多，链的解缠和滑移愈作难，聚合物流动时非牛顿性

愈强。链的刚硬性增长和分子间吸引力愈大时，熔体粘度对温度的敏感性增长，提高此类聚

合物的加工温度有助于增大流动性。

聚合物分子中支链构造的存在对粘度也有影响，尤以长支链对熔体粘度的影内最大，

聚合物分子中的长支链可增长与其邻近分子的缠结，因此长支链对熔体成溶液流动性的影响

比短支链重要。

聚合物分子量•增大，不一样链段偶尔位移互相抵消的机会愈多，分子链重心移动慢，

要完毕流动过程就需要更长的时间和更多的能量，因此聚合物的粘度随分子量增长而增大。

熔体的粘度也与分了•量分布有关。一般在平均分子量相似时，熔体的粘度地分了•量分

布增宽而迅速下降，其流动行为体现出更多的非牛顿性。

6、阐明温度对不一样构造高聚物粘度的影响。

温度是物质分子运动能力的体现。温度越高，物质的运动能力越高，体现出其可变

形性越好，即流动性好。当聚合物链的柔性大，其自身分子运动在常规的温度范围内，运动

能力较高，体现出对温度的敏感性较低，而链的刚硬性增长和分子间吸引力愈大时，分子运

动能力在常规的温度范围内较差，从而显现熔体粘度对温度的敏感性增长，提高此类聚合物

的加工温度有助于增大流动性。

7、在广阔的剪切速率范围内，聚合物流体的剪切应力与剪切速率之间的关系会出现怎样的

图2-7宽剪切速率范但聚合物培体的】M厂电:歹曲线（»＞和由我

】--井手・施动口，X一哀承熔体成W

变化？

8、聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性体现形式？在塑料成型过程中可采用哪些措施

以减少弹性体现对制品质量的不良影响？

聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动。

提高温度，减少剪切应力，增及高温下的流动时间，均化塑料构造，减少其流动的非牛顿性。

9、聚合物很低的导热系数和热扩散系数对塑料成型加工有哪些不利影响？

聚合物很低的导热系数和热扩散系数在加工中重要是影响塑料制品中温度分布的不均匀

性，从而导致制品构造的非均匀性。另首先，减少制品的生产效率。

12、试画出挤出成型时，制品取向度的分布图。

11、取向度对注塑制品的力学性能有何影响？

非品聚合物取向后，沿应力作用方向取向的分子链大大提高了取向方向的力学强度，

但垂直于取向方向的力学强度则因承受应力的是分子间的次价他而明显减少。团此拉伸取向

的非品聚合物沿拉伸方向的拉伸强度，断裂伸长率和冲击强度为随取向度提高而增大。

取向结晶聚合物的力学强度重要由连接晶片的伸直链段所奉献，其强度随伸直钱段增长

而增大，晶片间伸直链段的存在还使结晶聚合物具有韧性和弹性。一般，随取向度提高，材

料的密度和强度都对应提高，而伸长率则逐渐减少.

13.分子量对高聚物的G、一、〃、△弓（流动活化能）、%（表观粘度）、/（断裂

强度）、蠕变、应力松弛、溶解度等的影响怎样？在全书中不停地出现“临界分子量”这一术语，

其物理意义是什么？

14.分别以线性座标和双对数座标画出牛顿流体、宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体的流动

曲线（即7-夕和logT-lQg方由线似及它们的%-夕曲线。

15.橡胶、纤维、塑料三大合成材料对分子量的规定有什么不一样？就塑料而言，对注塑级、

挤出级和吹塑级（中空制品）的分子量目什么不一样规定？

16.试根据所学的高物基本知识，分析减少注塑制品中弹性成分的措施。

17.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，在工艺上应采用什么措施消

除此类缺陷。

18.注射成型中，高聚物熔体经历的与否是纯剪切流动？为何？

19.挤出胀大比与挤出工艺条件和口模长径比有什么关系？

20.测定熔体切粘度的常用措施有哪些？各措施合用于什么粘度范围和切变速率范惘？写出各

措施中实测的量和计算切粘度的公式。

21.测得某高聚物熔体的熔融指数为0.4。已知熔融指数仪的活塞截面积为lum2,测试中所用毛

细管的长度为1cm,直径为0.1cm；设熔体密度为约1g/c,〃3°试计算该熔体在流过毛细管时

管壁处的切变速率八、切应力0以及该熔体的表观粘度必（忽视多种校正）。当祛码重:量

改为21.6公斤时，测得这种高聚物熔体的熔融指数为8,问该高聚物熔体是牛顿流体还是非牛

顿流体。

22.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？怎样求聚合物的流动活化能。

23.浇口在底部的注射成型薄型塑料杯很轻易以如题6-7图所示的方式开裂，试分析其原因。

24.为何高分子熔体的表观粘度不不小于其真实粘度？

25.阐明假塑性流体剪切变样的原因

第四章线性弹性与非线性弹性习题

一、基本概念：

1、应变；应力；模量：泊松比

2、高弹性；粘弹性；端弹性：能弹性：储能函数

3、线性粘弹性；非线性粘弹性；

二、问答：

1、不受外力作用，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

解：（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，加热有助于分子运动，

从而利于收缩。其弹性重要是由燧变引起的，Tds=-fdl中，f=定

值，因此，力=一丁杰//<0

即收缩，并且随T增长，收缩增长。

2、在橡胶下悬一砍码，保持外界不变，升温时会发生什么现象？

解：橡胶在张力（拉力）的作用卜产生形变，重要是燃变化，即蜷曲的大分子链在张力的作

用下变得伸展，构象数减少。嘀减少是不稳定的状态，当加热时，有助于■单键的内旋转，使

之因构象数增长而卷曲，因此在保持外界不变时，升温会发生回缩现象。

1.假如加一重物于交联橡皮筋，保持恒定的张力，当加热该橡胶忖，重物位置怎样变化？

（）

A.升高B减少C不变

2.有关橡胶高弹性的描述对的的是（）？

A弹性模量低B形变量较小C伸长时放热

D回缩时放热

3.产生高弹性的分子构造特性是（）？

A分子链具有一定柔性

B分子之间具有强烈的互相作用

C分子链之间化学键连袋D常温卜.可以结晶

E相对分子质量足够大

4.对理想弹性的描述对的的是（）？

A.形变的产生不需要时间；B形变是缓慢恢复的；C应力与应变成正比；D弹簧具

有理想弹性；

E形变量总是很大.

3、聚合物的高弹性表目前哪些方面

4、试用分子运动的观点解释聚合物的高弹性

5、橡胶弹性理论的发展经历「哪些阶段，并论述其要点

6、试述橡胶弹性热力学分析的根据和所得成果的物理意义

7、交联橡胶弹性的记录理论的根据是什么？它得出的交联橡胶状态方程告诉了我们什么？

这个理论存在哪些缺陷。

8、由橡胶弹性热力学和状态方程解释下列问题

（I）♦挂有一种固定重量的物体的己拉伸的橡皮带，当温度升高时其长度减小.

（2）♦己被溶剂溶胀了的橡胶试样更符合理想橡胶理论方程

（3）高联程度不一样的同一橡校品种，它们的模量、拉伸强度、断裂伸长率不相似

9、不受应力作用的橡皮筋，当受热时伸长，被一负荷拉长的橡皮筋，受热时缩短（负荷不

变化时）试加以解释。

10、一种橡皮运送带，在动行中有一定的伸长，若在保持其伸长率不变的状况下，如下哪一

种条件中使橡皮带的使用寿命长些

⑴在0C或5“C使用（该橡胶Tg=-50℃）

（2）采用同品种的低交联度和高交联度的制品

11、用自由能、燧和内能来阐明橡胶和金属的弹性行为.

12.试述各向同性弹性材料的杨氏模量、剪切模量、体枳模量与泊松比之间的互相关系。

13.与一般金属弹性相比，高聚物的高弹性有哪些特点？试从高弹性的热力学本质与分子运动

机理解释这些特点。

第五章聚合物粘弹性习题

一、基本概念

1.静态粘弹现象；动态粘弹现象

2.滞后与内耗：蠕变；应力松池

3.Bolzmann叠加原理、时温等效原理

二、分析判断

1、从分子运动观点分析，下列高聚物中抗蠕变能力最强的是a

a.聚碉b.聚四氟乙烯c.聚氯乙烯

2、当模口长径比较大时，高聚物熔体挤出膨大现象的垂耍原因是（）

a.剪切速率越过某一极限值

b.熔体自身的弹性流变效应

c.入口处流体收敛，产生拉伸弹性形变

3、从弹簧和粘壶串联的Maxwell力学模型可以导出（）

a.£（t）=exe-t/T

b.£（t）=£cc（l-e-t/T）

c.a（t）=o（0）e-t/i

4、高聚物的应力松驰现象，就是伴随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象，该说法（）

a,对的b,不对的

5、形变过程中，橡胶材料的泊松比（）

a,等于0.5b,不不小于0.5c,近似于0.5

6、平常生活中.发现松紧带赧用越松,其原因（）

a,松紧带是高分子材料，在使用过程中产生了玻璃化转变

b,松紧带是高分子材料,在使用过程中产生了时间-温度等效现象

c,松紧带是高分子材料，在使用过程中产生了力学损耗

d,松紧带是高分子材料，在使用过程中产生了应力松驰现象

7、聚合物材料在动态试验中,当中等频率（G）=l/a）时，储存模量（E'）和损耗模量（E"）

均随频率迅速增大，并且均通过一极大值（）

8、运用聚合物材料减振降噪的原理，是高分子材料在动态载荷K可以产生力学损耗，即可将

振动能变成热能（）

9、同一聚合物随结晶度增长，其动态粘弹谱中E"峰向高温方向移动，tanB峰的高度也随之

增大（）

10、高聚物的应力松驰现象，就是随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现

象（）

三、填空与选择：

1、高分子量在高切变速率下，聚合物的Baras•效应公式（）

2、Maxwell模型重要用于描达（）。

3、理想弹簧与Kelvin模型串联构成的三元件模型可以很好地描述（）。

4、四元件模型可以很好地模述（）。

5.有关聚合物的蠕变现象，对的的是（）？

A.蠕变是不能答复的；B外力清除后，交联聚合物的蠕变过程可以完全答复；C高

温下蠕变不明显：D外力很大蠕变不明显.

6.有关应力松弛现象的描述对的的是（）？

A交联聚合物的应力可以松弛到0：B线形聚合物的应力可以松弛到0：C聚合物的

刚性越大，应力松弛越慢；

D温度低于Tg时，应力松弛很慢.

7.有关滞后现象的描述对的的是（）?

A刚性聚合物的滞后现象比柔性聚合物明显；B频率越高，滞后现象越明显：C滞

后现象随频率的变化出现极大值：D在Tg附近滞后现象严重.

8.有关WLF方程，说法对的的为（）。

A、严格理论推导公式B、Tg参照温度，几乎对所有聚合物普遍合用C、温

度范围为Tg〜Tg+100℃

D、WLF方程是时温等效原理的数学体现式

9.Maxwell模型可以用来模拟（）。

A线形聚合物的蠕变行为；B交联聚合物的蠕变行为

C线形聚合物的应力松弛行为；D交联聚合物的应力松弛行为

10.Kelvin模型可以用来模拟（）。

A线形聚合物的端变行为：B交联聚合物的蠕变行为

C线形聚合物的应力松弛行为；D交联聚合物的应力松弛行为

四、简答题

I、根据高分子链构造，判断下列聚合物内耗大小并排列成序，

顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁睛橡胶、丁基橡胶

2、用分子运动的观点解释聚合物的蠕变现象

3、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，

为何？

4、高聚物的应力松驰现象，就是伴随时间的延长，应力逐渐衰减到零的现象。该说法对的

否？

5、运用Maxwell模型解释线型聚合物的力学松驰现象

6、基础的粘弹性力学模型有串联与并联之分，串联模型用来描述高聚物的蠕变行为，并联

模型用来描述高聚物的应力松驰现象。以上说法对的否？

7、假如把高分子材料在熔点或玻璃化如卜.进行退火处理，其蜡变速度有何变化？为何？

8、聚合物在玻璃化转变区域出现•种内耗峰,为何？

9、简要描述高聚物粘弹性的两种理论，各自的优缺陷为何？你认为目前发展的方向是什么?

10,试讨论影响高聚物粘弹性的重要原因

II,被恒定应力拉长的橡皮筋在受热时长度缩短，为何？

12,试从热力学第一、第二定律导出橡胶弹性答复力的体现式，并讨论橡胶形变的基本特性.

13,请用四元件模型讨论线形高聚物的蠕变过程.

14,解释（I）塑料在交变外力作用下比在静态下耐热，而橡胶在静态外力作用下比在动态

下耐寒：（2）、天然橡胶拉伸时放热，回缩时吸热。

五、论述题

1、请选择合适模型推导应力松弛过程中应力与时间的关系

2、请用四元件模型讨论蠕变过程

4、请选用合适模型讨论应力松驰过程

5、选择合适的力学模型画出对应蠕变曲线，并写出其数学体现式

6、试述橡胶弹性与普弹性相比有哪些特点

7、在橡胶的应力一应变曲线中出现滞后的现象,试阐明（1）对应于同一应力，回缩时的形

变值不小于拉伸形变值的原因（2）阐明拉伸曲线回缩曲线所包围的面积的物理意义（3）

举例阐明内耗在实际中的应用，并阐明内耗大小与作用力频率的互相关系及其在研究工作是

的意义。

8、若在室温卜（25℃）对橡皮筋（轻度交联橡胶）施加一合适的重物，试用曲线和公式表明其形

变隙时间的变化；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

何不一样，解释之

9、橡胶硫化后，其构造和哪些性能发生了重要的变化？发生了什么样的变化？

10、对理想弹性体（弹性模量为E）,理想粘流体（粘性系数为n），Kelvin模型在1=0时加上•

定的应变速度K,试写出应力随时间I变化的关系式，并用图形表达之。

11、298K时PS的剪切模量为1.25xl09N?m-2,泊松比为0.35,求其拉伸模量（E）和体枳

模量（B）是多少？并比较三种模量的数值大小。

12、PMMA的Tg=I05C,问它在155c时的应力松驰速度比125c时快多少倍？

13.怎样从线形非晶态高聚物蠕变曲线求高聚物的粘度？12分别，书线性座标和双对数座标画出

线形非晶态高聚物和交联高聚物的应力松弛曲线示意图。

14.能否说“温度愈高，蠕变速率和应力松弛速率愈快”？

15.试画出1）无规立构聚甲基丙烯酸甲酯,2）聚乙烯,3）硫化乙丙橡胶,4）固化环氧树脂,5）SBS

热塑弹体，6）用顺丁橡胶共混改性的聚苯乙烯塑料的动态力学性能-温度谱（示意图），标出特

性温度。当测试频增长时，曲线怎样变化？

16.画出题16中所列各高聚物的动态力学性能-频率谱（示意图）。当测试温度变化时，曲线怎样

变化？怎样用动态力学法测定链段运动的最可几松弛时间？

17.怎样用1天至数天时间内的试验预测材料后的蠕变量？

第六章聚合物的流变断裂

一、基本概念

I、韧性破坏：脆性破坏；脆化温度

2、强迫高弹形变；冷流；细颈

3、银纹：屈服：银纹屈服：剪切屈服

4、拉伸强度：抗弯强度；弯曲模量；冲击强度；硬度

5、应变诱发塑料一橡胶转变

6、应变软化现象：应变变硬化现象

8、银纹；裂缝；应力集中

二、分析判断

1、在曲线试验中，在相似温度下，伴随拉伸速度的增长，大多数聚合物的杨氏模量、

屈服应力及断裂强度均增大。（）

2、在。气曲线测试中，在同样拉伸速度下，伴随温度的增长，大多数聚合物的杨氏模量、

屈服应力及断裂强度均下降（）

3、下列高聚物中，拉伸强度最高的是（）

a,低密度聚乙烯b,聚茶醯c,聚甲醛

4、非晶态聚合物作为塑料使用的最佳温度区间为（）

a,Tb—Tgb,Tg—Tfc,Tg如下

5、甲乙两种聚合物材料的应力一应变曲线如图所示，其力学性能类型和聚合物实例分别为（）

a,甲聚合物:硬而强,硬聚氯乙稻;乙聚合物:软而韧，聚异戊二稀

b,甲聚合物:硬而脆,聚甲基丙稀酸甲酯;乙聚合物:软而弱，聚丁二稀

c,甲聚合物:硬而强，固化酚醛树酯;乙聚合物:软而韧,•聚合物凝胶

d,甲聚合物:硬而脆,硬聚氯乙稀;乙聚合物:软而弱,聚酰胺

三、填空题

I、合适温度区间，聚合物都会出现冷拉现象，其中非晶态聚合物的冷拉温度区间为（）。

2、材料的强弱用物理量（）来衡量：韧脆用物理量（）来衡量，硬软用物理量（）来衡

量。

3、由应力一应变曲线可知，材料破坏有两种方式，即（）和（）。

4、提高高分子材料的拉伸强度有效途径为（）。

A、增塑，B、取向，C、加入碳酸钙

5、在高分子材料的拉伸试验中，提高拉伸速率时，则（）o

A、ciB升高、t:B减少，B、oB减少、EB升高，

C、oB升高、£B升高，D、oB减少、减少

四、简答题

1、玻病态高聚物可以产生强迫高弹性的机理为何

2、在何种状况下高聚物呈脆性

3、从高分子链构造的角度有何原则能减少脆点

4、试讨论如下三种不一样类型聚合物的应力一一应变曲线的差异和特性

（1）低Tg的非晶态聚合物

（2）高Tg的结晶聚合物

（3）低硫化度的橡胶

5、同样材料，长度相等的两根试样，一根截面积为正方形，边长为D另•根截面积为圆形，

直径为D假如都被两端支起，中间加荷W问哪根弯曲得历害些，其挠度比是多少？

6、材料的软硬，强弱和脆切在材料力学上用什么参数来描述。

7、与金属和陶瓷材料相比聚合物材料具有哪些新特点。

8、高分子材料理论强度与实际强度相差很大，请分析一卜.原因

9、无论粉状填料或纤维状填料，在使用都需表面活化，为何？

10、高抗冲聚苯烯与一般的聚苯乙烯相比有什么新特点？

11、提高拉伸速率，高聚物的屈服应力和拉伸强度都对应提高，为何？

13、简述高聚物增韧的几种途径和机理，并以抗冲击聚苯乙烯为例加以讨论。

15、试阐明高聚物的实际抗张强度远低于其理论的抗张强度的原因，并以聚乙烯为例，指出

提高聚乙烯抗张强度的措施。

16、何谓高弹形变和强迫高弹形变？有何异同？

17、怎样用物理措施提高聚系乙烯的抗冲击强度，详细阐明并用应力--应变曲线阐明之

18、晶态，非晶态高聚物的冷拉曲线有何不一样？

19、提高拉伸速率，高聚物的屈服应力和拉伸程度都对应提高

五、论述题

1、提高拉伸速率，高聚物的屈服应力和拉伸程度都对应提高

2、试述经典纤维材料的应力-应变曲线特性

3、画图并简朴解释，同一种高聚物在不一样温度下的拉伸应力-应变曲线

4、从分子运动理论分析非晶态高聚物经典的应力-应变曲线

5、高聚物的理论强度与实际强度相差巨大，试分析其原因。

6、HIPS的冲击强度较PS提高诸多，试从理论上分析其原因。

7、试从聚合物构造分析

<1）非晶态聚合物有强迫高弹性

（2）结晶聚合物的冷拉

（3）共聚物的应变诱发塑料一橡胶转变，指出其异同点。

8、指出改善高分了•材料的下列力学性能的重要途径

（1）提高构造材料的抗蠕变性能

（2）减少橡胶材料的滞后损失

（3）提高材料的抗张强度

（4）提高材料的抗冲击强度

9、试证明当形变较小而各向同性的材料，在形变前后体枳近似不变时，其泊松比为=1/2并

指出多种模量的极限值。

10已知聚甲基丙烯酸甲酯的应力松弛模量E（l）-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（其他测试条件同）。

11.怎样从工程应力-应变曲线求材料的模量、屈服强度和断裂强度？应力-应变曲线与横座标所

包围的面积的物理意义是什么？

12.怎样从真应力-应变曲线上求屈服点？冷拉过程的三个基本阶段是什么？非品态高聚物和部

分结晶高聚物在什么温度范圉内可以进行冷拉？它们的冷拉本质有无差异？

13.什么叫强迫高弹性？材料出现强迫高弹性的条件是什么？

14.为何高聚物玻璃比小分子玻璃韧性好？为何双轴拉伸定向有机玻璃的韧性又比一般的有机

玻璃的好？

15.有3种高聚物的7；如题5-9表所示