广工聚合物加工流变学11年6月试卷及答案.docx

广东工业大学考试试卷 ( A )

课程名称: 聚合物加工流变学 试卷满分 100 分
考试时间: 2011年 6月 2 日 (第 14 周 星期 四 )
题 号
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
总分
评卷得分

评卷签名

复核得分

复核签名

一、名词解释（21分，每个3分）
可回复形变 第二光滑挤出区 凝固层 松弛时间
螺杆特性曲线 入口校正 润滑平衡
二、 填空（32分，每空1分）
1、 造成聚合物出模膨胀的原因有： 和 。
2、 假塑性流体的流动曲线包括3个区域，分别是 ； ；
。对于假塑性流体，非牛顿指数 1，胀塑性流体牛顿指数 1。
3、 在恒温、稳态情况下，大多数聚合物熔体的拉伸粘度随拉伸应力的变化出现 、
和不变三种情况。
4、高聚物分子量越大，松弛时间越 ，材料弹性越 。分子量分布越宽，材料弹性越 。挤出机挤出速率越高，材料弹性越 。挤出机挤出温度越高，材料弹性越 。压力越高，聚合物的粘度越 。
5、从流动曲线来看，偏二氯乙烯-氯乙烯共聚物属于 流体。炭黑填充橡胶属于 _______流体。聚氯乙烯糊属于 流体。
6、充模过程中，熔体温度越 ，模温越 ，压力越小。所用材料凝固温度______和热扩散系数越 _有利于冲模。
7、聚碳酸酯粘度对剪切速率依赖性 ；在实际挤出操作中，针对聚碳酸酯类高分子材料，采用调节 比调节剪切速率来改善它的流动性更好。
8、炭黑填充橡胶，在同样炭黑含量下，炭黑结构性越大，体系粘度越 ，体系弹性越 。碳酸钙填充塑料，碳酸钙含量越高，体系粘度越 。

学 院： 专 业： 学 号： 姓 名：

装 订 线

9、幂律方程是最简单的描述非牛顿流体剪切应力与剪切速率之间关系的方程，其本构方程
是 。
10、由流动边界所造成的剪切流动，称为 ；在两平行板间简单的剪切流动场中速度分布为 。
11、在挤出成型过程中，节流比为0时，为自由挤出，挤出物塑炼质量较 。要实现稳定挤出，加料口的压力波动要 。
三、简答题。（47分）
1、下面图1中（a）和（b）均是支化高分子与线性高分子材料粘度随剪切速率变化曲线，试给出两图的不同点？并解释原因。（6分）图2是不同分子量体系粘度随剪切速率变化曲线，给出分子量大小关系，并解释原因。（6分）

（a） （b）
图1 图2

2、图3是不同剪切速率下挤出胀大比随料筒长径比变化曲线，请比较A，B，C三条曲线剪切速率大小，并解释原因。（6分）图4是PVC典型的采用转矩流变仪测出的转矩随时间变化曲线，标出图中各峰，并解释各区域代表含义以及对应的物料形态？（10分）

图3 图4

3、图5是对称辊筒中速度分布图，试给出图中各速度分布区域所对应的辊筒中位置以及对应的压力。（9分）

图5
4、熔体破裂现象有哪两种类型？引起它们的原因分别是什么？实际操作中有哪些措施来消除它？ （10分）

参考答案
说明：以下答案非标准答案，是师兄查阅各种资料整理出来的，个别错漏之处请见谅。
一、名词解释
可回复形变：先对流变仪中的液体施以一定的外力，使其形变，然后在一定时间内维持该形变保持恒定，而后撤去外力，使形变自然恢复。
第2光滑挤出区：剪切速率持续升高，当达到第二临界剪切速率后，流变曲线跌落，然后再
继续发展，挤出物表面可能又变得光滑，这一区域称为第二光滑挤出区。
凝固层：（估计是冷冻皮层）
松弛时间：是指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。
螺杆特性曲线
入口校正：对于粘弹性流体，当从料筒进入毛细管时，由于存在一个很大的入口压力损失，因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。
润滑平衡：（找不到）

二、填空题
1、入口效应 高弹形变
2、第一牛顿区 剪切变稀区 第二牛顿区 小于 大于
3、上升 下降
4、长 大 大 小 小 大
5、牛顿 宾汉 胀塑性
6、高 高 低 小
7、低 温度
8、大 小 大 （注：弹性的大小可以通过挤出胀大比B来比较，因为挤出物出现挤出胀大的原因，就是因挤出物将其在挤出机中积累的弹性形变带出口模。因此弹性形变越小，或者说弹性越小，B也就越小。炭黑结构性的高低与B的关系详见PPT，10年大题也出了。）
9、
10、拖曳流
11、线性分布
12、差或好（没弄清楚） 小

三、简答题
1、（1）若支链虽长，但其长度还不足以使支链本身发生缠结，支化使分子间距增大，分子间相互作用减弱，与分子量相当的线型聚合物相比，支化聚合物的粘度要低些（ηa<ηl）。若支链相当长，支链分子量达到或超过临界分子量的三倍（Mb≥3Mc），支链本身发生缠结，在低剪切速率下，与分子量相当的线型聚合物相比，支化聚合物的ηb高；在高剪切速率下，链段解缠结，黏度下降得多，与分子量相当的线型聚合物相比，支化聚合物ηb较低。
（2）分子量大小：M1>M2>M3
原因，分子量大，缠结点多，有些易解脱，所以粘度容易下降。

2、（1）剪切速率大小：A>B>C
原因：剪切速率越大，物料在口模中的停留时间越短，物料松弛的时间越短，带出口模的弹性形变越多，挤出胀大比B越大。
（2）在加料峰，物料较冷，自由旋转的转子受到来自固体粒子或粉末的阻力，转矩急剧上升，当此阻力被克服后，转矩开始下降并在较短的时间内达到稳态，粒子表面开始熔融并发生聚集时，转矩再次升高，达到塑化峰。在热的作用下，粒子内核慢慢熔融，转矩随之下降，当粒子完全熔融后，物料成为易于流动的宏观连续的流体，转矩再次达到稳态。经过一段时间后，在热和力的作用下，随着交联或降解的发生，转矩会有大幅度的升高或降低。

3、两个特殊点:x’=±λ，Vx=v，即压力极大值处和物料脱辊处，物料流速等于辊筒表面线速度，且速度沿y方向均等分布，保证压出料片速度均匀平稳压出。
在- λ <x’< λ，前方压力小，后部压力大，压差作用向前，形成正压力流，各层速度大于辊筒表面线速度。
在x’<- λ，前方压力大，后部压力小，形成反压力流，各层流速小于辊筒表面线速度。
在x’*处，物料流速分布中，中心处的速度=0，称驻点。
在x’<x’*，正负流速共存，形成旋转运动。

4、（1）类型：LDPE型，破裂特征是先呈现粗糙表面，当挤出剪切速率超过临界之后，发生熔体破裂，呈现无规破裂状。
HDPE型，熔体破裂的特征是先呈现粗糙表面，随剪切速率提高，逐步呈现有规则的畸形变形，如竹节状，螺旋状畸变等，剪切速率很高时，出现无规则破裂。
（2）原因：① 对于LDPE型熔体，其应力主要集中在口模入口区，且入口区的流线呈典型的喇叭形收缩，在口模死角处存在涡流或环流，当r较低时，流动是稳定的，死角处的涡流也是稳定的，对挤出物不产生影响，但是，当r>rcrit，入口区出现强烈的拉伸流，造成的拉伸形变超过熔体所能承受的弹性形变极限，强烈的应力集中效应使流道内的流线断裂，使死角区的环流乘机进入主流道而混入口模。主流线断裂后，应力局部下降，又会恢复稳定流动，然后再一次集中弹性形变能，再一次流线断裂。这样交替轮换，主流道和环流区的流体轮番进入口模。两种形变历史和携带能量完全不同的流体，挤出时的弹性松弛行为也完全不同，引起口模出口处挤出物的无规畸变。
② 对于HDPE型熔体，流动时的应力集中效应主要不在口模入口区，而是发生在口模内壁附近，口模入口区不存在死角循环。低r时，熔体流过口模壁，在壁上无滑移，挤出过程正常。当r增高到一定程度，由于模壁附近的应力集中效应突出 ，此处的流线会发生断裂，又因为应力集中，使熔体贮能大大增加，当能量累积超过熔体与模壁之间的摩擦力的P能承受的极限时，将造成熔体沿模壁滑移，熔体突然增速，同时释放出能量，释能后的熔体再次与模壁粘着，从而再集中能量，再发生滑移，这种过程周而复始，造成聚合物熔体在模壁附近时滑时粘，表现在挤出物上呈现出竹节状或套锥形的有规畸变。
当r再增大时，熔体在模壁附近出现“全滑动”，这时反而又能得到表面光滑的挤出物，即所谓第二光滑挤出区。此时应力集中效应将转到口模入口区，在极高的r下，熔体流动在入口区就发生扰乱，这时的挤出物便呈无规破裂状。
（3）减轻熔体破裂现象的措施：
① 适当降低分子量，加宽分子量分布；
② 适当升高挤出温度；
③ 适当降低挤出速度；
④ 用喇叭型的口型；
⑤ 加入填充补强剂和增塑剂。