23511.高剪切速率下高分子熔體動(dòng)態(tài)流變行為的表征及應(yīng)用

1、中圖分類號(hào)!旦32壘UDC魚2Q博士學(xué)位論文學(xué)校代碼一!Q533密級(jí)公玨高剪切速率下高分子熔體動(dòng)態(tài)流變行為的表征及應(yīng)用CharacterizationandApplicationofDynamicRheologicalBehaviorofPolymerMeltsatHighShearRate作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：李祥剛材料科學(xué)與工程材料學(xué)粉末冶金研究院李篤信教授劉躍軍教授論文答辯日期2魚』笠

2、￡沖答辯委員會(huì)主席中南大學(xué)二零一四年五月高剪切速率下高分子熔體動(dòng)態(tài)流變行為的表征及應(yīng)用摘要：高分子的成型加工大部分在較高剪切速率下完成，例如注射成型的剪切速率范圍約為10st_104s～。因此，研究高剪切速率下高分子熔體的動(dòng)態(tài)流變行為對(duì)加工流場(chǎng)中材料結(jié)構(gòu)的表征、本構(gòu)方程的檢驗(yàn)等有重要意義，也可以指導(dǎo)高分子成型工藝及設(shè)備的優(yōu)化與改進(jìn)。但目前該領(lǐng)域的研究很少，主要是因?yàn)樯虡I(yè)化的流變儀進(jìn)行高分子熔體動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的最高剪切速率一一般小于

3、10s1。本文建立了剪切應(yīng)力、剪切速率和剪切應(yīng)變的測(cè)試?yán)碚?，自行搭建了?shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了高剪切速率下動(dòng)態(tài)流變行為的研究。根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能分析，確定流動(dòng)方式為泊肅葉流動(dòng)，測(cè)試模式為平行疊加振蕩模式。對(duì)平行疊加振蕩剪切測(cè)試的流場(chǎng)進(jìn)行分析，構(gòu)建物理模型和數(shù)學(xué)模型，建立了相應(yīng)的流變測(cè)試?yán)碚?，根?jù)柱塞運(yùn)動(dòng)速度、熔體壓力、口模和料筒尺寸等可以直接控制或測(cè)量的物理量，求得剪切應(yīng)力、剪切速率和剪切應(yīng)變等可以描述流變行為的量。根據(jù)建立的流變測(cè)試?yán)碚撨M(jìn)行

4、計(jì)算，確定了毛細(xì)管、料筒等一些關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與選型。搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)溫度控制誤差小于士O4。C，振動(dòng)頻率控制誤差不超過(guò)01Hz、相對(duì)誤差不超過(guò)02％，振幅控制相對(duì)誤差在5％～05％的范圍內(nèi)，均滿足實(shí)驗(yàn)要求。基于自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，推導(dǎo)了可以表征高剪切速率下高分子熔體非線性黏彈性的物料函數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究了振動(dòng)對(duì)剪切應(yīng)力的影響，結(jié)果表明：剪切應(yīng)力可分解為穩(wěn)態(tài)分量和動(dòng)態(tài)分量；剪切速率動(dòng)態(tài)分量的應(yīng)力響應(yīng)存在非線性，不能簡(jiǎn)單沿用線性黏彈性區(qū)動(dòng)態(tài)流變測(cè)

5、試的物料函數(shù)；隨振幅增大，疊加振蕩流場(chǎng)對(duì)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)的影響越來(lái)越顯著。定義玩為平行疊加振蕩流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)分量的表觀黏度，作為表征平行疊加振蕩流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)分量流變行為的物料函數(shù)。根據(jù)傅里葉變換流變學(xué)法和應(yīng)力分解法，分別推導(dǎo)了表征平行疊加振蕩流場(chǎng)動(dòng)態(tài)分量流變行為的物料函數(shù)。選取綜合性能優(yōu)異、用量大的通用塑料PP及其共混、填充改性體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：振動(dòng)可以顯著降低0o，減小成型加工過(guò)程中流體阻力，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的；玩的降低程度受到振幅和頻率