固液界面流變的若干基本問題研究.pdf

1、以旋轉(zhuǎn)流變儀為主要工具，用不同流變學(xué)方法測量了一種中等分散性聚合物熔體聚二甲基硅氧烷(PDMS)的在同一溫度下的特征松弛時(shí)間，檢驗(yàn)了結(jié)果的相符程度，并與線性松弛時(shí)間譜作了比較。將階躍應(yīng)變的阻尼函數(shù)數(shù)據(jù)與Doi-Edwards管道理論和Marrucci等人的模型的預(yù)測作了比較，發(fā)現(xiàn)預(yù)測的應(yīng)變軟化程度偏高。討論了壁面滑移對(duì)阻尼函數(shù)的影響。詳細(xì)考察了階躍應(yīng)變中由于材料不穩(wěn)定性造成應(yīng)變?cè)黾訒r(shí)出現(xiàn)的應(yīng)力峰值。應(yīng)力峰值分別在應(yīng)變大約為1.0，2.5

2、和3.0時(shí)發(fā)生，與Doi-Edwards管道理論或Marrucci等的模型預(yù)測值2.1或2.3很接近，預(yù)示了大的名義應(yīng)變下實(shí)際應(yīng)變的非均勻性。按照Cho等人提出的應(yīng)力分解方法，對(duì)PDMS在大振幅剪切流中的總應(yīng)力分解為彈性和粘性應(yīng)力后，發(fā)現(xiàn)在線性區(qū)及非線性區(qū)中的前一部分，隨著角頻率的增加，在時(shí)間尺度為t=1/ω時(shí)，LAOS中的廣義儲(chǔ)能模量G'<,n>(ω，γ)逐漸接近階躍應(yīng)變中的松弛模量G(γ，t)。 對(duì)PDMS在不同粗糙度的鋁板

3、上做了三種間距下的穩(wěn)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)，分別用滑移速度和滑移長度表征壁面滑移程度，發(fā)現(xiàn)表面粗糙度在一定程度上抑制了壁面滑移，抑制滑移的粗糙度范圍與Javier和Lynden的結(jié)論基本一致。對(duì)PDMS和線型低密度聚乙烯(LLDPE)在相同表面粗糙度不同材質(zhì)的平行板夾具上做了穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)夾具的表面能對(duì)于PDMS的壁面滑移有重要影響。對(duì)于LLDPE，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，沒有觀察到明顯的壁面滑移。通過測量PDMS熔體在平板上的接觸角，分析了表面能

4、與壁面滑移之間的關(guān)系。結(jié)果表明：對(duì)于相同表面粗糙度的夾具，表面能越大，壁面滑移程度越弱。 從流變測量中發(fā)生剪切速率對(duì)平行板間距依賴性的角度研究了四種聚合物熔體PDMS,聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)，HDPE以及聚丙烯(PP)的壁面滑移或應(yīng)變不均勻的現(xiàn)象。在穩(wěn)態(tài)剪切流中，發(fā)現(xiàn)PMVS等熔體發(fā)生滑移時(shí)似乎沒有臨界剪切應(yīng)力，而應(yīng)變不均勻性可能是影響間距依賴性的主要因素。動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)顯示，在不同的間距下，隨著應(yīng)變幅值增大，剪切應(yīng)力數(shù)據(jù)

5、在小振幅和非線性區(qū)前期重合，然后在某一應(yīng)變處發(fā)生分叉，意味著發(fā)生了壁面滑移或者應(yīng)變不均勻。按照Cho等人提出的應(yīng)力分解方法，在分叉點(diǎn)將總剪切應(yīng)力分解為彈性應(yīng)力和粘性應(yīng)力后，考察了影響壁面滑移發(fā)生的可能因素。在大振幅剪切流中，四種聚合物熔體發(fā)生滑移時(shí)的臨界參數(shù)最大彈性應(yīng)力與線性復(fù)模量的比值τ'<,max>/|G*|都在(0.26～0.49)范圍內(nèi)，隨角頻率增加而緩慢降低，該參數(shù)對(duì)樣品材料和溫度都不敏感。證實(shí)Vinogradov提出的彈性應(yīng)

6、力是導(dǎo)致壁面滑移或應(yīng)變不均勻性的關(guān)鍵因素。在同一平行板間距、不同角頻率和應(yīng)變幅值下研究了PDMS樣品壁面滑移的變化規(guī)律，提出了大振幅剪切流中壁面滑移的動(dòng)力學(xué)圖譜。圖譜分為4個(gè)區(qū)：粘附區(qū)、弱滑移區(qū)、粘附/滑移區(qū)、強(qiáng)滑移直至不穩(wěn)定流動(dòng)區(qū)。用無量綱彈性模量G<,n>'(ω,γ<,0>)度量非線性強(qiáng)弱。角頻率增大，線性區(qū)變小，非線性增強(qiáng)，弱滑移和粘附/滑移區(qū)縮小，熔體較容易發(fā)生強(qiáng)滑移。我們提出的動(dòng)力學(xué)圖譜是描述剪切流早期的壁面滑移行為。

7、 用不同表面粗糙度的鋁板以及表面粗糙度相同而材質(zhì)不同的板對(duì)HDPE做了等溫結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)隨著表面粗糙度的增加，結(jié)晶速率先增大后減??；在相同表面粗糙度的板上，結(jié)晶速率在鋁板上最快，在不銹鋼板上最慢，在黃銅板上居中。表面粗糙度的增加一方面增加了樣品與夾具壁面的接觸面積，另一方面粗糙度的增加使得樣品/夾具界面上積存有氣泡，導(dǎo)致界面的等效熱阻較大。若夾具本身的導(dǎo)熱系數(shù)較大，則利于減小總熱阻。樣品、界面、夾具三方面的因素共同作用，決定著HDPE結(jié)