导　　师： 梁基照

学科专业： H0503

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 拉伸流动广泛的存在于聚合物材料加工过程中,熔体的拉伸流动行为将对聚合物材料的加工工艺过程和制品的最终力学性能产生重要的影响。深入了解各种聚合物材料体系的拉伸流变性能,能够有效的优化生产过程和提高产品质量。本文从理论建模、数值模拟及实验测量三个方面全面系统的研究了聚乙烯熔体在拉伸流动过程中的行为及其机理。构建了四个聚合物熔体的拉伸黏度模型,其中,基于White-Metzner模型的拉伸黏度模型可以合理的描述熔体的剪切黏度和拉伸黏度的关系;基于Moore动力学方程的黏度模型改进了原有的动力学方程,能够准确的描述聚合物熔体的剪切流变和拉伸流变行为;引入了温度参数的PTT模型比较清晰的体现了拉伸黏度与温度之间的关系;基于Cross方程的经验模型形式简洁,适合应用于有限元模拟。在本文中,不仅利用实验数据对这四个模型进行了验证,还对模型中各个参数的作用进行了分析。利用MATLAB对入口收敛流动分析中的Cogswell模型,Binding模型和Liang模型进行了数值模拟,对三个模型中影响入口收敛流动自然收敛角、边界流线以及涡流区长度的各个参数进行了深入的分析和比较。在FLUENT上利用基于Cross方程的拉伸黏度模型对典型的流道收缩比为4:1的入口收敛流动进行了有限元模拟,分析了由于参数变化而造成的特劳顿比(Trouton ratio)的变化对于形成的收敛流道涡流区大小的影响。用熔融纺丝法测量了低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)三种聚乙烯和聚丙烯(PP)熔体的拉伸流变性能。分析了温度对于材料的熔体强度和可拉伸性的影响,进一步利用Arrhenius方程计算了四种材料的熔体强度活化能,比较了四种材料的温度敏感性。利用“局部方法”的计算结果,绘制了拉伸应力与拉伸应变速率,拉伸黏度与拉伸应变速率的关系曲线,研究了拉伸应变速率、温度和挤出速度对于拉伸应力和拉伸黏度的影响。根据熔融纺丝测量结果,绘制了材料的拉伸流变主曲线。利用主曲线对LDPE和LLDPE的拉伸流变性能进行了比较,深入的分析了比例因子b与温度和挤出速度的关系,根据b与不同温度和挤出速度下熔体拉伸曲线的对应关系,对设定条件下的熔体的拉伸黏度进行了估算,将结果与测量数据进行了比较。基于Cogswell模型,用入口收敛法测量了LDPE和LLDPE的拉伸黏度,并与熔融纺丝测量结果进行了比较。

关 键 词： 聚乙烯熔体 拉伸流动 入口收敛流动 拉伸黏度模型 数值模拟 熔融纺丝法 拉伸流变主曲线

分 类 号： [TQ320.1]

领　　域： [化学工程]