聚乙烯熔體黏彈性流變行為數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和有限元方法(FEM)被廣泛用來研究聚合物流體的復(fù)雜黏彈性流變行為和復(fù)雜流道的設(shè)計(jì)。因此，本研究將借助數(shù)值模擬這一強(qiáng)大工具來研究聚乙烯熔體在不同流道中的復(fù)雜黏彈性流變行為，為發(fā)展新的本構(gòu)理論和指導(dǎo)高分子材料的成型加工提供科學(xué)依據(jù)。另外，使用雙筒毛細(xì)管流變儀研究聚乙烯熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而探索其產(chǎn)生機(jī)理。
　　一方面，本研究主要運(yùn)用基于Pom-Pom分子理論的黏彈性本構(gòu)模型(DC

2、PP和S-MDCPP)研究聚乙烯熔體通過三種不同流道（平面收縮流道、圓柱繞流道和十字交叉流道）的復(fù)雜黏彈性流變行為，其中DCPP模型的預(yù)測結(jié)果是使用Polyflow軟件獲得的，而S-MDCPP模型則用自己編制的程序進(jìn)行計(jì)算。在數(shù)值計(jì)算過程中，基于有限增量微積分(FIC)過程得到壓力穩(wěn)定的迭代分步算法框架下，用等低階插值單元求解流場的速度-壓力-應(yīng)力;為了解決本構(gòu)方程的對(duì)流占優(yōu)問題，我們使用了DEVSS/SU技術(shù)。
　　(1)通過比

3、較三種不同流道的數(shù)值結(jié)果和Verbeeten報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出:上述兩種本構(gòu)模型均能較好地描述LDPE熔體的復(fù)雜黏彈性流變行為，但S-MDCPP模型的預(yù)測結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，要優(yōu)于DCPP模型。隨后，討論了Weissenberg數(shù)和S-MDCPP模型中本構(gòu)參數(shù)（q、r和ξ）對(duì)LDPE熔體復(fù)雜流變行為的影響。
　　(2)在十字交叉黏彈流的分析中，建立了支化高分子主鏈拉伸與宏觀流動(dòng)時(shí)間的定量數(shù)學(xué)模型，將微觀分子的主鏈拉伸和宏觀的流

4、場流動(dòng)時(shí)間以及分子的本征拉伸松弛時(shí)間關(guān)聯(lián)起來，有助于定量分析大分子的拉伸行為和松弛機(jī)理。
　　另一方面，熔體的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象不僅影響制品的使用性能，還降低產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。聚合物的微觀結(jié)構(gòu)決定其性能，不同的聚乙烯熔體表現(xiàn)出不同的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象，如LLDPE熔體的表觀形貌表現(xiàn)出:光滑區(qū)→“鯊魚皮”→“螺紋”狀→“粘-滑”轉(zhuǎn)變區(qū)→第二擠出光滑區(qū)→熔體破裂;而LDPE熔體的表觀形貌則表現(xiàn)出:光滑區(qū)→“粘-滑”轉(zhuǎn)變區(qū)→熔體破裂。結(jié)果表明:與