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第一章高聚物加工流变学基础习题课讲稿及参考答案1．假塑性流体和膨胀性流体的主要特点是什么？原因何在？（1）主要存在问题：ⅰ.两者的主要特点是一定温度下，表观黏度随剪切速率增大而降低（增大），其它几个特点都可归结到这方面。ⅱ.对假塑性流体部分，只讲了熔体的原因，没有讲溶液或分散体的原因；ⅲ.对膨胀性流体部分，原因不具体，只讲了原有结构的破坏，新结构的形成，对所有体系都实用。ⅳ.有的不完善，比如应在一定温度下等。原因太简单，只讲是高分子的长链性质。（2）参考答案假塑性流体主要特点是，在温度一定时，其表观黏度随剪切速率或剪切应力的增大而减小，即出现剪切变稀现象。对高聚物熔体，应归因于大分子的长链性质。当剪切速率增大时，大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移，熔体结构出现明显的改变，(高弹形变相对减小)，分子间范德华力减弱，使流动阻力减小，熔体黏度随剪切速率增大而降低，所以增大剪切应力就使剪切速率迅速增大。对具有假塑性行为的高聚物溶液或分散体系来说，增大剪切应力或剪切速率会迫使已渗入高聚物大分子线团或粒子内部的低分子物质（溶剂）从原来稳定体系中分离出来，从而导致体系的破坏，并使无规线团或粒子的尺寸缩小，因此液体的表观黏度减小。膨胀性流体的主要特点：在一定温度下表观黏度随剪切速率增大而增大。主要原因是：悬浮液在静止时，液体中的固体粒子处于很紧密的状态，粒子间空隙很小并充满了液体。（当剪切应力或剪切速率很低时，固体粒子在液体中的润滑作用下会产生滑动，并能大致保持原有紧密堆砌的情况下使整个悬浮液体沿受力方向移动，故悬浮液有恒定的表观黏度。）当剪切应力或剪切速率较高时，随剪切速率的增大，粒子间碰撞机会较多，流动阻力增大；此外，粒子也不能再保持静止时的紧密堆砌，粒子间空隙增大，悬浮液的总体积增加，原来勉强能充满粒子间空隙的液体已不能充满增大了的空隙，粒子间移动时润滑作用减小，阻力增大，引起表观黏度增大。2．在高聚物成型加工中，影响高聚物黏度的主要结构因素有哪些？有何影响？（1）主要存在问题ⅰ.柔顺性、刚性和极性等对黏度的影响没有讲清楚。ⅱ.侧基对黏度的影响。（大量侧基，大侧基越大，则黏度不一定降低）ⅲ.要求的是结构因素，对温度和组成没有要求。ⅳ.有的太简单，只讲了几个方面，没有讲有什么影响。（2）参考答案ⅰ.高分子链的柔性越大，其黏度越小（复旦高物）；ⅱ.高分子链的刚性和极性（分子间作用力）越大，表观黏度越大；ⅲ.长支链使表观黏度提高，短支链没有长支链影响明显；（也许使表观黏度降低（高分子化学与物理）；ⅳ.大量侧基使表观黏度降低；ⅴ.分子量增大，表观黏度提高；ⅵ.分子量分布变宽，表观黏度降低。3．温度和压力对高聚物熔体黏度有何影响？为什么？（1）主要存在问题ⅰ.对原因讲的不够完善，尤其是温度，有的没有讲出原因。（2）参考答案温度升高，高聚物熔体黏度减小。因为温度升高，分子间自由体积增大，分子运动活跃，分子间作用力减小，从而使高聚物熔体的表观黏度减小；压力增大，高聚物熔体黏度增大。主要是因为压力增大，使高聚物中的自由体积减小，分子间距离减小，分子间作用力增大，从而使高聚物熔体表观黏度增大。4．什么叫入口效应和出口膨胀效应？简要说明引起的原因和克服措施？（1）主要存在问题ⅰ.有部分同学对这两个概念还不够清楚，回答不完善。ⅱ.原因讲的不完善，尤其是对出口膨胀效应，一方面是伸展取向，一方面与正应力差有关系。如拉伸等。ⅲ.措施主要是工艺和设备方面的，其他没有讲（不要求）。ⅳ.转速、剪切速率要考虑。（2）参考答案答：入口效应：高聚物液体（在管道中进行剪切流动时，液体）进入管子进口端一定区域内的收敛流动中产生较大的压力降，这种现象称为入口效应。引起入口效应的主要原因为：ⅰ.当高聚物以收敛流动方式进入小管时，为保持恒定流率，只有调整和提高液体中各部分流速，流速的增大，液体的动能增大，使能量消耗增大,所以压力降会增大。ⅱ.液体增大的剪切速率迫使高分子产生更大和更快的形变，分子的这种高弹形变由于要克服分子内和分子间的作用力，也要消耗一部分能量。以上两个方面，都使流体进入小管时的能量消耗增大，压力降增大。出口膨胀效应：黏弹性液体流出管口后，流出液体的直径增大膨胀的现象称为出口膨胀。引起出口膨胀效应的主要原因为：ⅰ.出口膨胀主要是分子链在流动过程中的弹性行为的表现，它不仅与分子链在流动过程中的伸展和取向有关，还与液流的正应力有关；ⅱ.当纯黏性液体处于一维流动时，与剪切应力相垂直的两个直角坐标上的正应力相等，在纯碎的剪切应力作用下，弹性行为不明显。ⅲ.当黏弹性液体处于一维流动时，与剪切应力相垂直的两个直角坐标上的正应力不相等，存在正应力差，使液体流出管口时发生垂直于流动方向的膨胀，且正应力差越大，膨胀效应越明显。主要克服措施有（工艺）：ⅰ.适当增大管道或口模平直部分的长度；ⅱ.适当降低剪切应力；ⅲ.升高温度；ⅳ.对挤出物给予适当的牵引或拉伸等。ⅴ.使剪切速率小于临界剪切速率。5.什么叫熔体破裂(碎)?如何克服?主要存在问题ⅰ.概念解释不够完善、准确。ⅱ.克服措施讲的不完善。比如分子量、牛顿性、剪切速率（转速）等。参考答案在高应力或高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏，这种现象称为“熔体破裂”。主要克服措施有:ⅰ.选择牛顿性强的高聚物，因为其出现熔体破裂的临界剪切速率高。如：聚酰胺66的临界剪切速率高达105秒-1。,而聚乙烯熔体的临界剪切速率仅为102～103秒-1。ⅱ.选择分子量较小和分子量分布较宽的高聚物，其出现熔体破碎的临界剪切速率较高.ⅲ.提高熔体温度，出现不稳定流动的和τc值增加。ⅳ.收敛角减小，长径比增大，流道表面流线型化，可使提高。ⅴ.减小剪切速率（转速）和作用力，使其小于或τc。以上几个方面都有利于τc增大,有利于克服熔体破碎。6.牛顿流体和非牛顿流体的主要差别是什么？（1）主要存在问题（流动方程、物理意义和形变特征）ⅰ.回答不够完善。ⅱ.回答没有抓住要点。（2）参考答案两者的主要区别是：ⅰ.牛顿流体流动时服从牛顿流动定律τ=μ（dv/dr）=μ=μ，τ与成比例关系；dtd非牛顿流体流动时不服从牛顿流动定律，而服从指数定律=K()n=K()n=Kn，τ与不成比例关系，n﹤1为假塑性流体，n﹥为膨胀性流体。ⅱ.牛顿黏度表示产生单位所必须的剪切应力，仅与其本性和温度有关，而不随τ和的变化而变化，是一个常数。非牛顿流体的表观黏度与τ和有关，定温下不是一个常数。ⅲ.牛顿流体流动时发生的应变具有不可逆性，为永久形变，属黏性行为；非牛顿流体流动时发生的应变是弹性和黏性的综合，流动中发生的形变包括可逆形变和不可逆形变。drdvdtd7．解释:宾汉液体、触变性液体、震凝性液体、拖动流动、收敛流动、拉伸流动（1）主要存在问题对概念的解释要做到准确、完善、简明等，有的同学作的不够。（2）参考答案ⅰ.宾汉液体：当作用与液体上的剪切应力小于某一值时，液体并不发生流动而类似与固体，当所施加的剪切应力超过某一临界值时τy时，液体则象牛顿流体一样流动，这种液体称为宾汉液体。ⅱ.触变性流体：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低的液体称为触变性液体。ⅲ.震凝性液体：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而增大的液体称为震凝性液体。ⅵ.拖动流动：管道结构中的一部分能以一定速度和规律相对于其它部分进行运动，粘滞性很大的高聚物液体能随管道的运动部分移动，所以称为拖动流动。ⅴ.收敛流动：当高聚物液体沿流动方向在截面尺寸变小的管道中流动时或粘弹性液体从管道中流出时，液体中各部分流线不再保持相互平行关系的流动称为收敛流动。ⅵ.拉伸流动：粘弹性高聚物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的流动称为拉伸流动。8．试推导非牛顿流体在圆管中流动时的任意半径处的流动速度和剪切速率。主要存在问题ⅰ.没有假设。ⅱ.黏度和稠度系数没有搞清。参考答案（1）几点假设ⅰ.液体为不可压缩的；ⅱ.流动是等温过程；ⅲ.液体在管道壁面不产生滑移（壁表面速度等于零）；ⅳ.液体的粘度不随时间而变化，并在沿管道流动的全过程中其他性质也不发生变化。（2）任意半径处的流动速度第二章成型物料的配制习题课讲稿及参考答案1．聚氯乙烯的增塑剂主要有哪几类？各有什么特点？各举出一些例子？（1）主要存在问题ⅰ.特点不够完善；ⅱ.例子不准确，如二异丁酯、符号、磷酸三-二甲苯酯、（环氧）硬脂酸酯、脂和酯等；（2）参考答案按化学组成分，主要有：ⅰ.邻苯二甲酸酯类：其主要特点是相容性好，可做主增塑剂，性能全面，能大量生产，价廉，DBP易挥发，DIBP对农作物有害等；如DOP、DBP等。ⅱ.脂肪族二元酸酯类：耐寒、低温性能好，光热稳定性好，有润滑作用，但相容性差，易抽出、迁移和渗出等，如DOZ、DOS、DOA等；ⅲ.磷酸酯类：相容性好，耐化学腐蚀性好，光热稳定性好，难燃，但耐寒性差，有臭味、有毒等；如TXP、TCP、TOP等；ⅳ.环氧化合物类：可兼做热稳定剂，价较廉，无毒，但相容性差只能做辅助增塑剂，如ESO、环氧油酸丁酯等；ⅴ.石油磺酸苯酯：机械强度高，电绝缘性和耐候性好，吸水性小，挥发性小，价廉，但见光易变黄，耐寒性差等，如M50。2．聚氯乙烯的热稳定剂主要有哪几类？各有什么特点？各举出一些例子？（1）主要存在问题ⅰ.有些不完善；有的只讲了两个或三个方面。ⅱ.举例不准确；如硬脂酸盐（脂肪酸皂和二月桂酸皂）、符号、二盐基性亚磷酸铅等。（2）参考答案按化学组成分类，主要有以下几类：ⅰ.盐基性铅盐类主要特点是电绝缘性好，光热稳定作用好，耐候性好，效率高，吸水性小，价格低，用量大；但是其毒性大，使制品透明性差，硫化污染严重，分散性差，比重大，用量大等。如三盐、二盐等。（2）硬脂酸盐类主要特点是色泽良好，透明，具有良好的长期稳定性，与环氧类具有协同效应，并兼有润滑作用；但其钙盐易使制品变黄，镉、铅盐等有毒，锌盐用量多时易变黑。如硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸锌等。（3）有机锡类主要特点是光热稳定性好，透明，防老效率高，相容性好；但其毒性大，货源紧张，价格高等。如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡等。（4）环氧化合物类主要特点是与金属皂类有协同效应，稳定性好，兼具增塑作用；相容性差等。环氧大豆油、环氧油酸丁酯等。•此外还有螯合剂等，但其不能单独使用。3．简述混合的基本原理（三种作用）。（1）主要存在问题ⅰ.有个别同学按混合、捏合和塑炼三个方面讲。ⅱ.有的讲了三者的影响因素，有的没有；简要讲一下更好。（2）参考答案扩散：利用物料各组份的浓度差，推动构成各组份的微粒，从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。对流：两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到组成均一。捏合中主要靠对流达到混合的目的剪切：依靠机械的作用产生剪切力，促进物料组成达到均一。塑练中主要靠剪切达到混合的目的。4．生产聚氯乙烯硬质管材时，应如何选择树脂的型号？为什么？（1）主要存在问题ⅰ.疏松型没有讲；ⅱ.原因讲的不完善，比如有的没有讲满足强度，有的没有讲满足成型加工。（2）参考答案应选用疏松型的高型号PVC树脂。如XS-4(5)主要原因是：ⅰ.疏松型PVC树脂易吸收增塑剂，混合、塑化良好，成型加工性能好，制品质量高。ⅱ.高型号树脂分子量低，熔体流动性好，成型加工性能好。否则,硬制品不加或仅加少量增塑剂，成型加工温度高，接近分解温度，难以成型加工出高质量制品。ⅲ.能满足强度要求。虽然其本身分子量低，强度不算高，但由于硬制品不加或仅加少量增塑剂，强度不会进一步降低。能够满足强度的要求。5．塑炼的方法主要有哪些？提高开炼机塑炼效果的主要措施有哪些？（1）主要存在问题ⅰ.塑炼方法按课堂上四种塑炼造粒方法讲，螺杆机；ⅱ.几个主要方面讲的不完善；只讲了控制条件，没有讲提高措施。ⅲ.应该控制适当温度；翻料缺的较多。（2）参考答案按照塑炼所使用的设备，主要有开炼机塑炼、密炼机塑炼和挤出机塑炼。提高开炼机塑炼效果的主要措施有：ⅰ.提高辊筒速比，塑炼效果提高；ⅱ.提高辊筒转速，塑炼效果提高；ⅲ.减小辊筒距离，塑炼效果提高；ⅳ.进行适当