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本课题为国家自然科学基金资助项目,研究焦点主要集中在探求聚合物熔体(主要为聚烯烃熔体)高速挤出时发生的极其复杂的不稳定流动现象的规律、机理和对策。实验采用恒速型双筒毛细管流变仪等仪器,研究对象为DOW化学公司生产的INSITETM工艺开发的牌号为ELITE5100G和ELITE5500G两种茂金属催化的线型低密度聚乙烯(m-LLDPE)。研究结果表明,两种m-LLDPE熔体均为典型非牛顿流体,ELITE5500G黏流活化能较高,而ELITE5100G的入口压力降和挤出胀大比略大。随挤出速率提高,两种m-LLDPE的挤出物外观都经历了从有规畸变(鲨鱼皮畸变、黏-滑畸变)到无规畸变(挤出物整体扭曲、熔体破裂)的变化。在黏-滑畸变区,挤出压力出现振荡,流动曲线断裂。相同挤出温度下,ELITE 5500G的稳定挤出速率范围大,出现鲨鱼皮畸变的临界剪切速率(720s-1)高于ELITE5100G(174s-1)。压力振荡幅度大,流动曲线断裂后的斜率更小。尤为显著的是ELITE5500G在经历黏-滑转变后出现了第二光滑挤出区。第二光滑区对于高速、节能、安全生产具有重要的潜在意义。流动行为的差别与两种样品结构差异有关。不同的畸变现象源自不同的扰动源和扰动机理。较低剪切速率下的有规鲨鱼皮畸变的空间起源在口模出口处,与出口处流动状态的突变有关。黏-滑畸变主要是由于熔体在口模壁处界面状态突变,造成熔体发生整体“时黏时滑”引起的。高剪切速率下的整体无规破裂起源于口模入口区的扰动。ELITE5500G出现第二光滑区与其黏-滑畸变特征及分子链含长链结构较多有关。加入少量加工助剂(PPA)可明显改善m-LLDPE的流变行为。加入后,熔体剪切黏度明显下降,入口压力降和挤出胀大比减小,挤出压力降低。出现鲨鱼皮畸变的临界挤出速率明显推迟,压力振荡和黏-滑畸变现象减轻,第二光滑区变长。PPA含量足够大时,压力振荡消失,挤出物外观好转。表明PPA加入能显著改善熔体/口模壁的界面状态。但PPA对无规破裂没有明显的改善作用。加入少量碳纳米管(CNTs)可减小熔体的流变学弹性。减弱入口应力集中效应,使无规破裂区的挤出物整体畸变得到改善。同时还能减小熔体在毛细管内的应力集中效应,使鲨鱼皮畸变的肋脊高度减小,宽度增大。这与CNTs能诱导分子链取向以及具有内润滑作用有关。LDPE与ELITE5500G共混可明显改善挤出压力振荡现象,黏-滑畸变消失,但鲨鱼皮畸变更加严重。随LDPE含量增加,复合材料黏度降低,挤出胀大比和入口压力降增大,熔体弹性增大,应力集中效应向入口区迁移。m-LLDPE与LDPE共混相容性好,共混后不分相,产生共结晶现象。