PLA、PCL及其共混物的流变测量与粘度模型参数拟合

摘要

目前组织工程支架的材料大多采用生物相容性较好的可降解高分子聚合物，其中聚乳酸和聚己内酯是非常常见并且常用的组织工程支架的材料，在制备过程中材料通常处于熔融状态下，而高分子聚合物在熔融状态下的流动与低分子或者其他牛顿流体有较大的区别，在实际生产中，了解不同工艺条件对熔体流变性能的影响非常重要，在模拟中更需要知道材料的流变参数，本文主要针对这两种材料进行流变测量及参数拟合。由于单纯的聚乳酸和聚己内酯均有其缺点，且两种材料在某些性能方面存在优势互补，因此本文也对聚乳酸和聚己内酯共混后的粘度进行了测量和分析。主要开展了以下工作：
　　（1）将聚乳酸和聚己内酯制样，然后用平板旋转流变仪进行测量，采用单一因素控制变量，测量不同温度下聚乳酸和聚己内酯的粘度。测量了聚乳酸在180℃、200℃和220℃条件下的粘度，聚己内酯在80℃、100℃和120℃时的粘度。从测量结果可以看出：聚乳酸和聚己内酯都是假塑性流体，符合热塑性材料里“剪切变稀”的现象，即当剪切速率增大时，两者的粘度都有较大的下降；当温度升高时，两者的粘度也下降很多。
　　（2）将PLA和PCL进行8:2和2:8共混，测量了两者共混后的粘度。结果表明：即使加入的PCL的比例较少，共混后的粘度比纯PLA的粘度也下降很多，且通过不同比例共混的粘度对比发现，加入PCL比例越高，共混物粘度下降的越多。
　　（3）根据不同的粘度模型，分别拟合了幂律模型、Cross-Arrhenius五参数模型和Cross-WLF七参数模型中的参数，对聚乳酸和聚己内酯的拟合结果进行了误差分析。幂律模型形式简单，使用方便，Cross模型适用范围广，因此本文主要拟合这两个粘度模型参数。
　　（4）Cross-WLF七参数模型较为复杂，在初值选取不好时，用最小二乘法进行曲线拟合时误差会较大，拟合时值可能收敛不到真解；又采用遗传算法进行拟合，并对两种方法的拟合结果进行了对比分析。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景意义

1.2 PLA、PCL材料简介

1.3 聚合物熔体流变的测量和参数的拟合

1.4 本文工作目的及内容

2 实验部分及结果分析

2.1 实验仪器及材料

2.2 粘度测量原理

2.3 实验结果分析

2.4 本章小结

3 粘度模型及参数拟合原理

3.1 粘度模型

3.2 参数拟合原理

3.3 实现过程

3.4 本章小结

4 拟合结果及分析

4.1 幂律模型参数的拟合

4.2 Cross-Arrhenius模型参数拟合

4.3 Cross-WLF模型参数拟合及误差分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

参考文献

个人简历及研究生期间发表论文

致谢