2002_重大_聚合物反應(yīng)加工過程的計算機(jī)模擬與仿真

1、項目類別申報學(xué)科代碼1科學(xué)部編號EE03國家自然科學(xué)基金申請書項目名稱：聚合物反應(yīng)加工過程的計算機(jī)模擬與仿真申請者：王秀忠所在單位：山東大學(xué)郵政編碼：250061通訊地址：山東省濟(jì)南市經(jīng)十路73號電話：053188399516傳真：053188399516申請日期：2002年7月15日國家自然科學(xué)基金委員會一九九七年制重大重大項目項目名稱：聚合物材料加工目名稱：聚合物材料加工過程的數(shù)程的數(shù)值模擬研究研究二、立論依據(jù)二、立論依據(jù)（包括項目

2、的研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，并附主要參考文獻(xiàn)及出處）對基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合國際科學(xué)發(fā)展趨勢，論述項目的科學(xué)意義；對應(yīng)用基礎(chǔ)研究，著重結(jié)合學(xué)科前沿、圍繞國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的重要科技問題，論述其應(yīng)用情景。眾所周知，聚合物反應(yīng)加工是在擠出型反應(yīng)器中進(jìn)行的。在此過程中，化學(xué)反應(yīng)、伴隨化學(xué)反應(yīng)的形態(tài)生成和流體流動等過程基本上是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行的；且體系通常處于高溫、高壓和高剪切條件下，并伴隨粘度在瞬間內(nèi)可能發(fā)生突變等，因此，給現(xiàn)場、實時研究體

3、系的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理、伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的形態(tài)生成動力學(xué)過程以及流體流動行為帶來了不可逾越的困難。目前，雖然一些研究者研制出在線檢測裝置[1]，并在研究反應(yīng)加工過程中化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和形態(tài)結(jié)構(gòu)的生成與演變等方面取得了一些相當(dāng)有科學(xué)意義的結(jié)果，但是，仍很難達(dá)到現(xiàn)場調(diào)控聚合物反應(yīng)加工過程的目的。隨著計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展，人們自然而然就想到是否可以通過有限有價值的在線檢測實驗數(shù)據(jù)，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)理模型與方程，并把化學(xué)反應(yīng)過程用恰當(dāng)?shù)臄?shù)

4、學(xué)與物理語言在模型中表述，從而借助數(shù)值模擬的方法在計算機(jī)上實現(xiàn)復(fù)雜化學(xué)與物理條件下，反應(yīng)加工過程中化學(xué)反應(yīng)（聚合反應(yīng)和降解）動力學(xué)與機(jī)理、（伴隨化學(xué)反應(yīng)）形態(tài)生成與演變、（耦合化學(xué)反應(yīng)）復(fù)雜流體的流動以及后加工與成型過程的計算機(jī)模擬與仿真。這正是本申請項目的主要研究目標(biāo)與目的。在通常條件下（如：溶液和本體中的自由基、陰（陽）離子引發(fā)聚合反應(yīng)等），對聚合反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的研究，人們已經(jīng)有了很深入的認(rèn)識，并且可以借助聚合反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)

5、機(jī)理方面的知識，控制聚合反應(yīng)過程，為聚合物材料合成工業(yè)提供明確的理論指導(dǎo)。但是，由于實驗上的困難，對于聚合物反應(yīng)加工條件下（如：高溫、高壓、高剪切、高粘度下發(fā)生的界面聚合、接枝或嵌段聚合以及降解反應(yīng)），分子反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理方面的報導(dǎo)并不多見，那么，在如此復(fù)雜的外部條件下，聚合（均聚和共聚等）和降解反應(yīng)的分子動力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理是否仍然遵循通常條件下的規(guī)律？如果不是，情況又將怎樣？本申請的第一個研究內(nèi)容—聚合物反應(yīng)加工中反應(yīng)機(jī)理與分子反應(yīng)

6、動力學(xué)的計算機(jī)模擬研究，就是要借助計算機(jī)模仿聚合物反應(yīng)加工條件下，物理環(huán)境對化學(xué)反應(yīng)（均聚、接枝或嵌段共聚以及降解反應(yīng)等）動力學(xué)機(jī)理的影響，并與間接獲得的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而完善計算機(jī)模擬的數(shù)理模型，實現(xiàn)分子水平上探討聚合物反應(yīng)加工過程化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的目的，為反應(yīng)加工過程中化學(xué)反應(yīng)的控制及分子參數(shù)的優(yōu)化提供科學(xué)的依據(jù)。借助自洽場方法與含時GinzburgLau方程研究相分離過程中，多相聚合物體系的形態(tài)生成過程是目前高分子物理