高分子物理习题集及答案(3)

或内部的结构缺陷是应力集中物，应力集中物受到外力作用下在集中物周围的一些区域材料承受的应力大于平均应力的现象。

6、银纹 ：在拉伸力作用下，聚合物某些薄弱部位的应力集中而产生的空化条纹 7、剪切带 ：材料内部具有高度剪切应变的薄层，是在应力作用下材料局部发生应变软化产生的 8、强迫高弹性 ：在相当大的外力作用下，玻璃态，结晶态聚合物发生的大的弹性形变称为强迫高弹形变，能发生强迫高弹性便的性质称为强迫高弹性 9、高弹性：呈现高弹态的聚合物在不太大的外力作用下能发生大的可逆形变的性质10、熵弹性 ：当弹性体受到外力作用时，若无内能变化，则抵抗变形的收缩力完全是由熵变产生的，这种由于系统熵变引起的称为熵弹性 11、粘弹性 ：在外力作用下，聚合物表现出理想弹性体和理想黏性体的性质

12、蠕变 ：在一定温度，湿度和不太大的外力作用下，材料的形变随时间延长而逐渐增大的现象 13、应力松弛 ：在恒定温度下，维持高聚物应变所需应力，聚合物内部的应力随时间延长而衰减的现象 14、滞后现象：在一定温度，湿度下，聚合物受到一交变外力作用时会产生交应变，应力增加，应变增加，但增加的速度比应力慢，比与应力相应的应变平衡值小，应力减小时，应变减小，但减小的速度慢。应变落后于应力的现象 15、力学内耗：在交变外力下，聚合物内部某些运动单元的重排运动克服内摩擦力的一部分以热的形式损耗的现象 16、拉伸流动 ：速度梯度方向与流动方向一致的流动17、波兹曼叠加原理 ：每一个负荷对聚合物形变的贡献是独立的，贡献的总效应是等于各个负荷效应的加和，最终的形变是各个负荷所贡献的形变的简单加和；在聚合物上加上某一特定符合所产生的特定曲线，与以前加到该聚合物上的任何负荷所产生的特定曲线无关，后加负荷所产生的曲线可在前面所加负荷产生的曲线上叠加 18、时－温等效原理：聚合物的一种力学行为，可以在较高温度较短时间内观察到，也可以在较低温度下较长时间内观察到，升高温度与延长时间对聚合物的分子运动是等效的，对粘弹性也是等效的，这种等效可以借助一个转换因子来实现，即借助转换因子可将一个温度下测得的力学数据转换成另一个温度下的力学数据，这就是时温等效原理

二．表征聚合物流体剪切流动时剪切应力与剪切速率关系的幂律方程是什么？

如何利用这一方程判断流体的类型？聚合物熔体、浓溶液剪切流动时，于一般条件下属于什么流体？

n<1时，假塑性流体；n=1时，牛顿流体；n>1时，胀塑性流体

假塑性流体

三．聚合物熔体粘性流动的特征是什么？

粘度大；多数属于假塑性流体；有弹性效应；交联高分子无黏流态

四．何谓聚合物熔体流动速率指数？它与熔体的粘度、分子量有什么关系？ 在一定温度，规定负荷下，熔融的高聚物10min内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量

黏度越大，分子量越大，流动速率越小

五．写出麦克斯韦尔模型、开尔文模型的运动方程。这两种模型可以模拟什么

样的聚合物的何种力学松弛行为？

可以模拟应力松弛

可以模拟蠕变

六．有一种聚合物，在Tg以上一定温度范围内，其蠕变速度很小，可能是交联，

也可能是结晶造成的，用什么方法可以鉴别？至少提出两种力学试验方法，或力学与其它的混合试验方法，并予以简单说明。

拉伸应力应变实验，若出现屈服，冷拉则为结晶。若出现韧性断裂则为交联 温度-形变曲线。若在相当大的温度范围内形变量小则是交联 DMA。

七．说明时－温等效原理在研究聚合物力学性能中的作用。

八．以应力松弛模量为例，如果在较低温度下测求，需要很长时间才能达到应力松弛模量，从研究角度很难实现，但是可以在较高的温度下，用较短的时间测出转换成较低温度模量值所对应的时间，再将这些结果叠加成一条曲线，即可知道在较低温度下很宽时间范围内的模量。有很大的应用意义，利用时间和温度的对应关系，可以对不同温度或频率下得到的聚合物力学性质进行换算。

八．PMMA的Tg是105℃，问155℃时的应力松弛速度比125℃时大多少倍？ WLF方程

九．说明利用动态力学试验方法研究聚合物多重转变的基本原理。

固定外力频率，采取一定程度升温或降温，在一些温位出现力学损耗峰值，相应的动态模量发生变化，实际上对应某些运动单元重排运动逐渐启动或抑制，就是相应的一些转变。固定温度，采取一定程序改变交变外力频率，在一些频率出现力学损耗峰值，相应有动态模量的变化，实际上对应某些运动单元重排运动逐渐启动或抑制，就是相应的一些转变。

十．利用时－温等效原理进行时－温转换时，如何得到转换因子？ 以Tg为参照温度时以Ts=Tg+50℃为参照温度

十一．何谓拉伸弹性模量？物理意义是什么？一种聚合物E=3G的条件是什么 （E、G分别为拉伸、剪切弹性模量）？

材料在弹性的形变范围内，拉伸应力与拉伸应变之比 表示材料抵抗拉伸外力产生拉伸变形的能力

各向同性的材料E=2G(1+ ν)=3B(1-2 ν)当ν =0.5，E=3G

十二．在合适条件下拉伸玻璃态、结晶态聚合物，二者的拉伸行为如何？ 相同点：拉伸过程、形变的宏观现象相同：普弹形变.屈服成颈.应变软化.断裂. 形变发展.应变硬化.大形变发展 构象发生变化： 卷曲.伸展

聚集态结构发生变化： 非取向.取向 试样出现各向异性

不同点：结晶聚合物冷拉过程中高分子构象变化的同时也发生了相变，即结晶熔融、再结晶。

玻璃态聚合物冷拉温度在Ｔb—Tg 之间；结晶态聚合物冷拉温度在Tb－Tm之间，Tg—Tm之间最易冷拉。

十三．聚合物屈服的形变机理是什么？ 银纹化和剪切带

银纹：在拉伸力作用下，聚合物中某些薄弱部位由于应力集中而产生的空化条纹状形变区，称为银纹(craze)，这种现象称为银纹化。光学特征：在产生银纹的形变区中，银纹稠密，银纹面可强烈反射可见光，聚合物表面出现一片银色的闪光。

剪切带：在切应力作用下，由于产生应变软化，在材料内部的局部形成高度剪切形变的薄层。特征：形成剪切带时，材料体积不变，剪切带方向与应力方向成45或135度角

十四．如何解释聚合物拉伸应力－应变行为的时－温等效性？

以线性非结晶聚合物的拉伸屈服应力为例，线性非晶聚合物的拉伸应力，实际上是在一定的温度拉伸速度下使高分子链段重排运动能够启动所需的用力，也就是使链段重排运动的松弛时间与拉伸力作用时间能够大致相当所需的应力，如果一定温度，一定拉伸速度下施加一定的应力与t大致相当，链段的重排运动能够启动，试样表现为屈服，这一应力为屈服应力；如果固定拉伸速度，即固定t，升高温度，就可以在较小的应力下使t松弛时间相当，即屈服应力减小；如果固定温度，降低拉伸速度，也就是延长作用时间t，也可以在较小的应力下是t与松弛时间大体相当，也就是说升高温度与降低拉伸速度对于减小聚合物拉伸屈服应力是等效的

十五．聚合物拉伸的真应力－应变曲线有几种类型？相应的拉伸行为如何？

d?'?'?如果自ε=-1向σ′-ε曲线引不出切线， ，即曲线任一点处的斜率总d??是大于ε=-1与该点连线的斜率，拉伸时均匀伸长，不会产生细颈。

如果自ε=-1向σ′-ε曲线可引出切线， 但只有一个切点，拉伸时会屈服成颈，但是细颈逐渐变细，直至断裂。

点，可以屈服成颈，细颈稳定，直至试样全部变成细颈。

十六．对某一单轴取向的高分子材料制品，在平行于取向方向进行高速拉伸应力－应变试验得到的冲击强度值，与落重冲击试验方法得到的冲击强度值一致吗？为什么？

不一致

单轴取向，则单分子沿取向方向排列，平行于取向方向，原子以化学键相连，而且强度较大，而垂直于取向方向上，以范德华力相连，强度较小。

落重冲击试验，外力作用方向垂直于取向方向，测得的冲击强度低。而高速拉伸平行于取向方向，测得的强度高。

十七．聚合物脆性断裂的理论有哪几种？要点是什么？脆性断裂转变为韧性断

裂的有效途径有哪些？

裂缝理论

基本内容：聚合物试样表面的划痕以及内部结构的缺陷是应力集中物，在受到外力作用时，在应力集中物周围一些区域的材料承受的实际应力大于平均应力，即有应力集中效应。当集中的应力达到或超过某一临界值时，在材料（试样）中引发银纹(裂纹)，继续增大应力，使银纹(裂纹)失稳，迅速扩展，最终使试样在较低的平均应力下断裂。

Griffith 断裂理论

断裂过程中裂纹扩展产生新表面，需要一定的表面能，表面能是由材料内部的弹性储能供给的；弹性储能在材料中的分布是不均匀的，裂纹尖端处集中了大量的弹性储能，可供给材料裂纹扩展产生新表面的表面能，致使裂纹迅速扩展，最终导致材料断裂。 分子理论

材料断裂是一个松弛过程，宏观断裂是微观化学键断裂的热活化过程，即当无规涨落的热运动能量在某些部位的能量超过束缚原子间的势垒时，会使化学键断裂，从而导致材料逐渐破坏。

外力作用速度、作用力类型、温度、湿度等

十八．在测定聚合物的力学强度时，为什么对试条的尺寸、形状，测试的温度、

湿度有统一规定？

试样尺寸越大，存在应力集中的机会越多，形状不同，可能产生不同的应力集中效应。温度对力学强度有影响，温度越高，分子运动加剧，密度降低，静力学强

?如果自ε=-1向σ′-ε曲线可引出切线， 而且有两个可满足 的切

d?'d??'?度降低，冲击强度降低。湿度如水对尼龙起增塑作用，还有可能起反增塑作用，使；力学强度及冲击强度降低

十九．高弹性的特点是什么？实质是什么？如何得到这一认识的？

① 高弹性：呈现高弹态的聚合物在不太大的外力作用下，能够发生大的可逆形变的性能。

弹性模量比较小；形变时有热效应；弹性模量、回弹力随交联度增大而增大，随T升高而增大；回弹力随拉伸比增大而增大；力学松弛现象较明显； 高弹性的特点是熵弹性

试样拉伸到不同的λ，固定l、p，测定不同T下的回弹力直线，这些回弹力直线可外推到T=0K，几乎都通过0K点，说明橡胶高弹形变产生的回弹力主要是橡胶的熵变贡献的。从而得到：理想高弹体的高弹性实质是熵弹性。

二十．交联橡胶弹性统计理论的根据是什么？写出由它得出的交联橡胶的状态方程，并说明状态方程的意义。

由交联橡胶高弹性的热力学理论知，交联橡胶高弹形变的回弹力是试样的熵变贡献的，试样的熵变等于各个网链熵变的加和，则各个网链形变过程中构象变化产生的回弹力加和等于整个试样的回弹力，这样就可以用统计的方法将试样的回弹力与交联橡胶的结构和应变状态联系起来，从而建立起交联橡胶高弹性的统计理论。

揭示出应力－应变的关系；可测求交联橡胶试样的E、G：ν=0.5；可测求出交联橡胶的交联度；可以解释高弹性的一些特征。

二十一．在一具有适当交联度软橡皮试条下端掛一砝码（不是过重），达到平衡形变后，升高温度，会观察到什么现象？为什么？

解：橡胶在张力（拉力）的作用下产生形变，主要是熵变化，即卷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。

二十二．影响聚合物力学内耗的因素是什么？ 聚合物结构 温度 作用力频率

二十三．“聚物的应力松弛是指维持聚合物一恒定应变所需的应力逐渐衰减到零的现象”，这句话对吗？为什么？

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