振动场下惯性力项对聚合物熔体弹性行为的影响

以振动场中流经毛细管的聚合物熔体为研究对象,针对忽略和不忽略惯性力项对熔体弹性行为的影响2种情况,分别推导出振动力场中毛细管壁处聚合物熔体第一法向应力差的计算公式.研究结果表明:不忽略惯性力项影响时,所建立的计算公式与毛细管几何尺寸、毛细管体积流量脉动、毛细管压力降脉动、应力应变相位差以及聚合物材料特性等有关,从而使相同振动力场中毛细管壁处聚合物熔体第一法向应力差的计算结果比忽略惯性力项的结果小;不忽略惯性力项影响所得到的计算结果能更客观地反映振动力场中聚合物熔体的非线性弹性行为.     

超声辅助微注塑成型中熔体壁面滑移行为的研究

壁面滑移在聚合物熔体注塑成型过程对熔体充模流动行为具有显著的影响.本文基于对超声辅助微注塑加工机理的研究,分析了超声振动对微尺度型腔中熔体壁面滑移的作用方式.结合聚合物熔体壁面滑移方程和超声对熔体壁面滑移的影响机理,阐明了不同情况下的壁面滑移理论模型.采用毛细管流变仪研究了超声振动作用下的聚合物熔体的壁面滑移行为,通过分析壁面滑移的临界剪切应力变化,明确了超声振动作用下的熔体壁面滑移行为对微尺度型腔充模情况的影响.研究结果表明,超声辅助微注塑过程中,超声作用下的微尺度型腔中熔体壁面滑移的临界剪切应力降低或变为零,壁面滑移速度随剪切应力增加而增加,不同剪切速率时超声作用下的熔体黏度均明显降低,进而提升了熔体对微尺度型腔的充模能力并改善了微塑件的成型质量.     

不同口模直径下聚合物熔体流变特性试验研究

采用双料筒毛细管流变仪,研究了口模直径从1.5 mm减小到0.5 mm时聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)4种聚合物熔体的流变特性,并讨论了在口模直径为0.5 mm条件下温度对熔体剪切粘度、温度和剪切速率对熔体非牛顿指数的影响.试验结果表明,在剪切速率102～104s-1,4种聚合物熔体的剪切粘度均随剪切速率的提高而减小.PS和PMMA熔体的剪切粘度随着口模直径的减小而增大,PP和HDPE熔体的剪切粘度随着口模直径的减小而减小.随着剪切速率的提高,不同口模直径下熔体剪切粘度的差异逐渐缩小.在口模直径为0.5 mm的条件下,4种聚合物熔体的剪切粘度对温度的依赖性符合Arrhenius方程;熔体的非牛顿指数随着温度的升高而增大,随着剪切速率的提高而减小.     

聚对苯二甲酸乙二醇酯的流变性能研究

利用ＸＬＹ－２型毛细管流变仪研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）的流变性能,讨论了剪切速率、剪切应力和温度对ＰＥＴ熔体表观粘度的影响。结果表明：ＰＥＴ熔体的表观粘度随着温度的升高而降低;粘流活化能（ΔＥ）随着剪切速率的增大而减小,在实验温度下,ＰＥＴ熔体的表观粘度随剪切速率和剪切应力的增大而降低,非牛顿指数小于１,ＰＥＴ熔体为假塑性流体。     

振动作用下单螺杆挤出机内聚合物熔体的流动

提出了一种求解二维耦合流场的有限差分数值模拟新方法，避免了求解压力Poisson方程。对振动力场作用下聚合物熔体在单螺杆挤出机螺槽内的流场进行了数值计算，得到了不同时刻螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力分布。结果表明，振动将导致螺槽内聚合物熔体的流动速度与剪切应力周期性变化，当振动扰动系数较大时，螺槽展开方向甚至会出现瞬时压力反流．最后，通过剪切应力的分布曲线证明本研究所得结果的正确性。     

液晶高分子各向异性粘弹流体拉伸流动中拉伸粘度的解析计算研究

将聚合物熔体的挤出过程看作是剪切流动主导的剪切单元,采用用液晶聚合物熔体或溶液LCP-B本构方程;采用共转Oldroyd B流体模型计算出取向运动拉伸粘度的影响.无量纲拉伸粘度随松弛时间和剪切速率的变化曲线.得到了无量纲拉伸粘度随剪切速率之间变化关系.     

聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物/聚丙烯接枝马来酸酐共混体系的流变性能

以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)为相容剂,采用双螺杆共混法制备聚丙烯/乙烯-乙烯醇共聚物(PP/EVOH)共混物.利用毛细管流变仪研究PP/EVOH共混物的流变行为,研究了共混物配比、剪切速率和温度对流体的剪切应力、表观黏度、非牛顿指数和黏流活化能等方面的影响.结果表明,EVOH的加入降低了共混体系的剪切应力和表观黏度,温度在低剪切速率时对表观黏度的影响较大.     

用挤出物胀大等方法测量聚合物熔体的第一法向应力差

在挤出机上安装自行设计的毛细管口模,对PP,HDPE和PS熔体采用挤出物胀大法在较高剪切速率下测量第一法向应力差N_1,发现:由于N_1受胀大比B和剪切应力τ_W的双重影响,因此弹性测试比粘性测试所需的毛细管口模长径比要大;将挤出物胀大法与其他测量N_1的方法进行综合的分析比较,结果表明,挤出物胀大法所测N_1值比较合理,并可满足一般工程计算的要求。     

反应性不相容聚合物共混物相形态研究

基于单胞模型的概念对振动力场作用下简单剪切流动中反应性不相容聚合物共混物的能耗速率和能量比进行了表征,分析了振动强度、共混物组分、粘度比、硫化程度、界面张力对共混体系相形态的影响.计算结果表明,聚合物加工过程中引入振动力场为聚合物共混物相形态控制提供了更为有效的手段.     

聚合物双组分复合共挤成型的挤出胀大研究

以PP和PS两种聚合物为实验材料,使用截面为矩形、层比为1的双层共挤口模,实验研究了聚合物共挤成型过程中的挤出胀大现象.采用Phan-ThienandTanner(PTT)本构方程,建立了复合共挤口模内外熔体流动的三维黏弹数值模型,有限元模拟了共挤出的胀大过程,计算分析了熔体在口模内外的速度场及剪切速率分布.研究表明,在入口体积流量相同的情况下,两熔体挤出口模后,存在由黏度较低的PP向黏度较高的PS一侧偏转的现象,型材截面呈不对称畸变.数值模拟结果与实验结果较吻合,两种聚合物熔体的速度分布决定了共挤出胀大过程中熔体的偏转流动行为,口模出口处的剪切速率分布基本决定了挤出胀大后型材的截面形状.     

振动力场作用下高分子熔体表观粘度的计算

不依赖现有的本构关系，推导出了平行叠加振动条件下高分子熔体表现粘度的计算公式．建立了在自行研制的恒速型毛细管动态流变装置上计算高分子熔体表观粘度的步骤和方法．以低密度聚乙烯(LDPE)为原材料，实验测量一定振动频率和振幅下毛细管入口压力、活塞杆振动位移、入口压力与振动位移相位差的瞬态值，即可求得毛细管壁处LDPE熔体的表观粘度．     

螺杆转速和机筒温度对加工聚丙烯的影响

分析工艺条件对螺杆注射加工聚丙烯的影响.在不同螺杆转速和机筒温度条件下,使用有限元法数值计算螺杆头为35°锥角且带止逆环的注射螺杆流道内熔体的三维非等温流场.分析了熔体的温度、剪切应力、黏度和黏性热.研究结果表明,在塑化过程中,当螺杆转速由45 r/min提高到105 r/min时,熔体的最大流速、剪切应力和黏性热分别增大了1.60,0.41,2.00倍.当机筒温度从573 K降低100 K时,塑化时熔体的最大速度减小了0.011 m/s,熔体的最大剪切应力、黏性热和熔体黏度分别增加了1.13,1.15,6.39倍;注射时熔体的最大流速减小了0.359 m/s,熔体的最大剪切应力、黏度和黏性热分别增大了1.32,2.40,1.87倍.     

乙丙橡胶／聚丙烯共混型热塑性弹性体的流变行为

用恒负荷式毛细管流变仪研究已丙橡胶（ＥＰＤＭ）／聚丙烯（ＰＰ）简单共混型聚烯烃热塑性弹性体（ＴＰＯ）的流变性能，讨论了ＴＰＯ的橡塑比、软化剂、加工助剂等配方因素及温度和剪切速率（或剪切应力）等工艺条件对其流变行为的影响．结果表明，部分结晶性ＥＰＤＭ与ＰＰ共混物的表观粘度与组成物粘度的关系服从对数加和法则，增大剪切速率能显著降低共混物的表现粘度，温度对共混物表现粘度的影响较小．软化剂能显著降低共混物的表现粘度，在同一剪切速率下，共混物表观粘度的对数值与软化剂含量成线性关系．少量适当的加工助剂也能显著降低共混物的表观粘度，而且对共混物的力学性能无显著影响．     

微尺度下压力对聚丙烯剪切黏度影响研究

利用高精度RH10毛细管流变仪开展微尺度下聚丙烯（PP）流变实验研究。选用内径分别为0.25、0.5、1.0 mm的口模,研究剪切速率3×10²~5×10³ s^-1范围内,温度为210、220、230℃时PP黏度变化。结果表明：在相同的剪切速率与温度下,相比于1.0 mm口模中PP熔体黏度,0.25、0.5 mm口模中PP熔体的黏度增大;3种口模内体现黏度与温度关系的Arrhenius公式拟合系数不同,揭示了微尺度下PP剪切黏度的尺度依赖性。分析认为在微小直径口模内PP熔体压力的增加是黏度变化的原因之一,并基于Barus公式提出用于量化微尺度下PP黏度的等效压力概念。     

Melt rheology of poly (lactic acid) plasticized by epoxidized soybean oil

This study investigated that epoxidized soybean oil (ESO) was blended as plasticizer with poly (lactic acid) (PLA) and its effects on the melt rheological properties, such as melt flow index, apparent shear viscosity, and melt strength of the blends. PLA was blended by the twin-screw plastic extruder at five mass fractions: 3%, 6%, 9%, 12%, and 15% (based on PLA mass). Melt flow index (MFI) was examined with a melt flow indexer. The results indicate that the blends of PLA/ESO had higher MFI than pure PLA, except for MFI at 9% reaching to the lowest point, even lower than that of pure PLA. Melt rheological properties were studied by a capillary rheometer in a temperature range of 160–180 °C. The blends ends exhibited shear-thinning behavior and the apparent shear viscosity was well described by the power law in this shear rate region. The melt strength of PLA plasticized with 6% ESO reached the maximums. ESO was more effective in increasing the melt strength at the mass fractions less than 6%, which could toughen the blends to some extent. Therefore, the authors suggested the optimum addition level of 6%–9% ESO will get good melt rheological performance balance. Biography: XU Yuqiong (1974–), female, Ph.D., research direction: polymer composites.     

不同黏度聚丙烯流动性能及其皮芯型纺黏纤维

研究了不同黏度聚丙烯熔体的表观黏度与切变速率、温度之间的关系,并比较了不同黏度聚丙烯熔体制得的皮芯型纺黏纤维的力学性能和结构。结果表明:随着温度的升高,黏度越大的聚丙烯熔体的表观黏度减小速率越快;随着切变速率的加快,熔体的表观黏度不断减小。在相同的纺黏工艺条件下,低黏度的聚丙烯熔体制得的皮芯型纤维更细,断裂强度更小;与机械牵伸工艺相比,聚丙烯复合纤维的解取向程度改变不明显,黏度越小的聚丙烯复合纤维取向度和结晶度越大。采用不同黏度聚丙烯熔体制备的皮芯型纺黏纤维,仅部分纤维截面会呈现皮芯型结构。     

聚丙烯与聚酯共混物的流变性能研究

本文对聚丙烯(PP)与阳离子可染聚酯(CDPET)在组成为97/3,95/5,90/10、85/15和80/20以及与对苯二甲酸丁二酯(PBT)组成为90/10共混物的流变行为、共混物形态结构与流变性质的关系作了研究。结果表明,PP与CDPET、PBT的共混物熔体均为切力变稀的幂律流体。共混物PP/CDPET熔体表观粘度对剪切速率的依赖性比PP/PBT小,而对温度的依赖性则比PP/PBT大。PP/CDPET共混物随着第二组分含量的变化其表现粘度在5(质量)％时出现极大值,这与共混物熔体中分散相的形态结构物有关;CDPET百分含量越大,PP/CDPET共混物熔体粘度对温度越敏感。     

共聚酯PECT的流变性能研究

研究了两组分的共聚酯PECT(聚对苯二甲酸乙二醇-1,4-环己基二甲醇酯)的流变性能。结果表明,ETCT共聚酯的熔体属于非牛顿流体,呈现典型的切力变稀行为。共聚酯的剪切应力随剪切速率的提高而增加,随着温度的提高,剪切应力有所下降。共聚酯熔体粘度随CT链段的引入及含量的增加而上升,同时也随温度的升高而降低。共聚酯熔体的粘流活化能均大于常规PET,加入第二组份的量越大,共聚酯粘流活化能、表观粘度上升越明显。共聚酯熔体的非牛顿指数n值均低于常规PET,且随温度的升高而增大。考查温度和剪切速率等流变参数对共聚酯流变性能的影响,可以在加工过程中合理地控制工艺,对工艺条件的设定有很好的指导作用。     

注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.