基于懸浮液理論的聚合物流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)。例如，因流動(dòng)梯度產(chǎn)生的粘彈性剪切應(yīng)力，會(huì)加速成核和結(jié)晶過程，并導(dǎo)致形成不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。而結(jié)晶聚合物的大分子鏈結(jié)構(gòu)，造成其結(jié)晶往往不完

4、善、只能部分結(jié)晶、結(jié)晶過程也較復(fù)雜。聚合物加工成型過程中的很多現(xiàn)象都與流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶相關(guān)，如注射成型制品的收縮現(xiàn)象。因此研究流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶現(xiàn)象，建立材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系一直是聚合物成型加工領(lǐng)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(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶模型，研究了剪切流場(chǎng)作用下i P P的等溫流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶過程，討論了不同剪切速率對(duì)i P P 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)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(yīng)力差的關(guān)系，通過A v r a m i 方程計(jì)算結(jié)晶度，模擬了剪切對(duì)聚合物結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響。采用了譜方法求解分布函數(shù)的擴(kuò)散方程，計(jì)算構(gòu)象張量和取向張量，進(jìn)而計(jì)算法向應(yīng)力差和結(jié)晶度。計(jì)算結(jié)果顯示穩(wěn)態(tài)剪切流場(chǎng)可以顯著增大i P P 的結(jié)晶速率，而且高剪切速率可以顯著的加速結(jié)晶加速。但這種加速作用不是無限的，即剪切流動(dòng)對(duì)i P P 結(jié)晶的促進(jìn)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(duì)聚合物分子取向的預(yù)測(cè)是目前加工成型模擬最具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)。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(chǎng)信息、結(jié)晶度和晶相松弛時(shí)間，結(jié)合晶體取向數(shù)學(xué)模型，利用譜方法求解取向張量的分布函數(shù)，進(jìn)而計(jì)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(chǎng)下聚合物的取向行為。( 3 ) 結(jié)晶聚合物成型過程中，流場(chǎng)對(duì)其結(jié)晶行為有較大影響，并導(dǎo)致熔體粘度發(fā)生數(shù)量級(jí)的變化。掌握粘度與結(jié)晶度之問的關(guān)系對(duì)控制結(jié)晶形態(tài)