基于懸浮液理論的聚合物流動誘導結晶數值模擬.pdf

1、結晶聚合物產品的最終性能在很大程度上取決于其在加工成型過程中所形成的內部結構。例如，因流動梯度產生的粘彈性剪切應力，會加速成核和結晶過程，并導致形成不同的結晶結構。而結晶聚合物的大分子鏈結構，造成其結晶往往不完善、只能部分結晶、結晶過程也較復雜。聚合物加工成型過程中的很多現象都與流動誘導結晶相關，如注射成型制品的收縮現象。因此研究流動誘導結晶現象，建立材料內部微結構與宏觀性能之間的關系一直是聚合物成型加工領域的重要課題。本文主要工作如下

2、:
　　(1)采用基于懸浮液的兩相流動誘導結晶模型，研究了剪切流場作用下iPP的等溫流動誘導結晶過程，討論了不同剪切速率對iPP結晶動力學的影響。結晶聚合物的懸浮液理論用FENE啞鈴模擬無定型相，用剛性啞鈴模擬晶相，根據晶核成核速率與第一法向應力差的關系，通過Avrami方程計算結晶度，模擬了剪切對聚合物結晶動力學的影響。采用了譜方法求解分布函數的擴散方程，計算構象張量和取向張量，進而計算法向應力差和結晶度。計算結果顯示穩(wěn)態(tài)剪切流

3、場可以顯著增大iPP的結晶速率，而且高剪切速率可以顯著的加速結晶加速。但這種加速作用不是無限的，即剪切流動對iPP結晶的促進作用存在飽和性，加速幅度將隨剪切速率提高逐漸減小。
　　(2)對聚合物分子取向的預測是目前加工成型模擬最具挑戰(zhàn)性的目標。本文采用啞鈴模型，通過懸浮液理論來描述分子取向演化。根據熔體流場信息、結晶度和晶相松弛時間，結合晶體取向數學模型，利用譜方法求解取向張量的分布函數，進而計算Hermans取向因子，分析了穩(wěn)態(tài)

4、簡單剪切流場下聚合物的取向行為。
　　(3)結晶聚合物成型過程中，流場對其結晶行為有較大影響，并導致熔體粘度發(fā)生數量級的變化。掌握粘度與結晶度之間的關系對控制結晶形態(tài)和制品尺寸有很大幫助。因此本文在基于懸浮液理論的流動誘導結晶模型的基礎上，對結晶聚合物的粘度與結晶度之間的關系進行了探索，對不同剪切條件下聚合物體系粘度變化進行了模擬，對不同剪切條件下結晶誘導時間的變化做了比較。實驗和模擬的結果表明，聚合物熔體的黏度在結晶誘導期變化不

5、大，體系的結晶度也幾乎沒有變化，但在結晶誘導期之后，熔體的黏度會因為結晶度的微小變化而急劇上升。
　　(4)聚合物的機械和物理性能主要取決于其內部的微觀的結構和特性，如糾纏、結晶和分子取向。在聚合物加工成有用的制品的過程中，這些微結構以復雜的方式的進行變化。目前可提供的計算能力的限制了直接從微觀尺度的計算來確定宏觀尺度的性能。因此，需要高效的計算工具和方法以在長度和時間尺度上架起微觀模型和宏觀模型之間的橋梁。本文將宏觀流場的守恒方