基于懸浮液理論的聚合物流動誘導結晶數(shù)值模擬

1、A t h e s i s ( d i s s e r t a t i o n ) s u b m i t t e d t oZ h e n g z h o u U n i v e r s i t yf o rt h e d e g r e e o f M a s t e r ( d o c t o r )N u m e r i c a l S i m u l a t i o n o f F l o w - I n d u c e d

2、C r y s t a l l i z a t i o n o fP o l y m e r B a s e dO n S u s p e n s i o n T h e o r yB y ：5 ( a nR o n gS u p e r v i s o r ：P r o f ．C h a n g y uS h e nP r o f ．阢i C a oM a t e r i a l s P r o c e s s i n g E n g

3、 i n e e r i n gS c h o o l o f M a t e r i a l sS c i e n c e a n d E n g i n e e r i n gO c t o b e r , 2 0 1 2摘要結晶聚合物產(chǎn)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(nèi)部結構。例如，因流動梯度產(chǎn)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

4、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(xiàn)象都與流動誘導結晶相關，如注射成型制品的收縮現(xiàn)象。因此研究流動誘導結晶現(xiàn)象，建立材料內(nèi)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：( 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i P P的等溫流動誘導結晶過程，討論了不同剪切速率對i P P 結晶動力學的影響。結晶聚合物的懸浮液理論用F E N E 啞鈴模擬無定型

5、相，用剛性啞鈴模擬晶相，根據(jù)晶核成核速率與第一法向應力差的關系，通過A v r a m i 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(shù)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)剪切流場可以顯著增大i P P 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i P P 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。

6、( 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(jù)熔體流場信息、結晶度和晶相松弛時間，結合晶體取向數(shù)學模型，利用譜方法求解取向張量的分布函數(shù)，進而計算H e r m a n s 取向因子，分析了穩(wěn)態(tài)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(shù)量級的變化。掌握粘度與結晶度之問的關系對控制結晶形態(tài)