固液界面流變的若干基本問題研究.pdf

1、以旋轉流變儀為主要工具，用不同流變學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間，檢驗了結果的相符程度，并與線性松弛時間譜作了比較。將階躍應變的阻尼函數(shù)數(shù)據(jù)與Doi-Edwards管道理論和Marrucci等人的模型的預測作了比較，發(fā)現(xiàn)預測的應變軟化程度偏高。討論了壁面滑移對阻尼函數(shù)的影響。詳細考察了階躍應變中由于材料不穩(wěn)定性造成應變增加時出現(xiàn)的應力峰值。應力峰值分別在應變大約為1.0，2.5

2、和3.0時發(fā)生，與Doi-Edwards管道理論或Marrucci等的模型預測值2.1或2.3很接近，預示了大的名義應變下實際應變的非均勻性。按照Cho等人提出的應力分解方法，對PDMS在大振幅剪切流中的總應力分解為彈性和粘性應力后，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，在時間尺度為t=1/ω時，LAOS中的廣義儲能模量G'<,n>(ω，γ)逐漸接近階躍應變中的松弛模量G(γ，t)。 對PDMS在不同粗糙度的鋁板

3、上做了三種間距下的穩(wěn)態(tài)剪切實驗，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的結論基本一致。對PDMS和線型低密度聚乙烯(LLDPE)在相同表面粗糙度不同材質的平行板夾具上做了穩(wěn)態(tài)和動態(tài)剪切實驗，發(fā)現(xiàn)夾具的表面能對于PDMS的壁面滑移有重要影響。對于LLDPE，在實驗范圍內(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系。結果表明：對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)生滑移時似乎沒有臨界剪切應力，而應變不均勻性可能是影響間距依賴性的主要因素。動態(tài)剪切實驗顯示，在不同的間距下，隨著應變幅值增大，剪切應力數(shù)據(jù)

5、在小振幅和非線性區(qū)前期重合，然后在某一應變處發(fā)生分叉，意味著發(fā)生了壁面滑移或者應變不均勻。按照Cho等人提出的應力分解方法，在分叉點將總剪切應力分解為彈性應力和粘性應力后，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)生滑移時的臨界參數(shù)最大彈性應力與線性復模量的比值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)對樣品材料和溫度都不敏感。證實Vinogradov提出的彈性應

6、力是導致壁面滑移或應變不均勻性的關鍵因素。在同一平行板間距、不同角頻率和應變幅值下研究了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力學圖譜。圖譜分為4個區(qū)：粘附區(qū)、弱滑移區(qū)、粘附/滑移區(qū)、強滑移直至不穩(wěn)定流動區(qū)。用無量綱彈性模量G<,n>'(ω,γ<,0>)度量非線性強弱。角頻率增大，線性區(qū)變小，非線性增強，弱滑移和粘附/滑移區(qū)縮小，熔體較容易發(fā)生強滑移。我們提出的動力學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不同的板對HDPE做了等溫結晶實驗。發(fā)現(xiàn)隨著表面粗糙度的增加，結晶速率先增大后減小；在相同表面粗糙度的板上，結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，導致界面的等效熱阻較大。若夾具本身的導熱系數(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