多层复合共挤成型分层界面变形机理研究

摘要

共挤成型技术是目前聚合物多层复合材料的制造技术，如何控制聚合物多层复合材料共挤成型过程的层厚均匀性是制备高性能多层复合材料的主要技术瓶颈。聚合物多层复合材料共挤成型过程中由于黏性包围现象会导致分层界面变形畸变和层厚重构，严重影响高性能多层复合材料制品性能，解决这一技术瓶颈，方能实现聚合物多层复合材料共挤成型过程的层厚均匀性精密控制。而解决这一技术瓶颈的理论关键在于研究并建立黏性包围形成的机理理论，以此揭示多层黏弹性熔体共挤成型流动的黏性包围的形成机理，这对于解决目前制备高性能多层复合材料的主要技术瓶颈具有重要的理论和工程应用价值，因此本文系统研究了聚合物黏弹性流变性能参数和过程参数对多相多层黏弹性矩形共挤流动成型过程的黏性包围的影响。通过研究建立黏性包围——二次流动——第二法向应力差的关联理论，试图建立具有普适性和科学性的多相多层黏弹性熔体流动的黏性包围机理理论，为研发聚合物多层复合材料共挤成型过程的层厚均匀性的精密控形技术奠定科学的理论基础。
　　首次研究提出了多相分层黏弹性熔体流动的黏性包围是由分层界面附近熔体的第二法向应力差驱动的二次流动所诱发的科学假设，科学假设认为黏性包围的趋势由分层界面附近熔体二次流动的方向控制，而黏性包围程度由分层界面附近熔体的二次流动速度控制；
　　研究发现当上层熔体松弛时间由0.4s增至1.8s时，多层共挤成型分层界面三维黏性包围形貌先呈正向黏性包围现象，但随着上层熔体松弛时间增大，分层界面形貌转化为反向黏性包围现象，且三维黏性包围程度随着上层熔体松弛时间增大而增大。显然这一研究结果与低黏度熔体包围高黏度熔体的最小黏性耗散原理相矛盾，也与分层界面法向应力平衡黏性包围原理提出的在同时存在黏性和弹性分层时，黏性包围主要由熔体的黏性控制的结论相矛盾，传统机理理论无法诠释这一演化；
　　当上层熔体材料系数由0.2增至0.8时，二层共挤成型分层界面三维黏性包围形貌先呈正向黏性包围，但随着上层熔体材料系数增大，分层界面形貌转化为反向黏性包围，且其包围程度随着上层熔体材料系数增加而增大，显然这一研究结果与最小黏性耗散黏性包围原理相矛盾，也与分层界面法向应力平衡黏性包围原理提出的在黏性分层一定时，黏性包围主要由熔体弹性控制的结论相矛盾；
　　随着低黏度上层熔体进口流量的增加，二层共挤成型黏性包围分层界面界形貌主要体现为高黏度下层熔体包围低黏度上层熔体的反向黏性包围现象，其包围程度随着上层熔体进口流量的增加而增大；
　　按本文提出的黏性包围机理科学假设，熔体黏弹性流变性能参数和过程参数变化诱发的正反向黏性包围的机理推论结果与其黏性包围界面形貌的模拟结果完全吻合，且按本文提出的黏性包围机理可知，由分层界面附近熔体第二法向应力差推论预测的熔体二次流动方向和二次流动强度与二次流动模拟研究结果完全吻合，充分验证了本文黏性包围的机理理论在不同熔体黏弹性流变性参数和过程参数条件下均具有普适性和可靠性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 共挤成型过程出现的问题

1.3 多相聚合物共挤成型技术应用前景

1.4 多相分聚合物共挤成型技术研究进展

1.5 本文研究内容

第2章 聚合物多相分层流动成型理论模型的建立

2.1数学模型

2.2 边界条件

2.3 成型界面追踪

第3章 聚合物二层复合板材共挤黏性包围机理模拟研究

3.1 数值模拟模型

3.2 松弛时间的影响

3.3 材料系数α的影响

3.4 进口流量Q的影响

第4章 聚合物三层复合板材共挤黏性包围机理模拟研究

4.1 数值模拟模型及材料参数

4.2 松弛时间对三层共挤成型过程的影响

4.3 材料系数对三层共挤成型过程的影响

4.4 进口流量对三层共挤成型过程的影响

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果