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几乎所有聚合物的成型技术,都是依靠外力作用下聚合物熔体的流动与变形,来实现从聚合物原料或坯件到制品的转变。掌握聚合物熔体的流动和变形的现象和规律对分析和处理加工过程中的工艺和工程问题、对正确拟定聚合物加工工艺条件具有指导意义。聚合物动态塑化成型加工技术将振动剪切流场引入聚合物成型加工的全过程,改变了聚合物熔体的流动行为,聚合物熔体振动剪切流变特性与稳态流变特性具有很大不同,研究聚合物熔体在动态塑化成型加工过程中流变行为和特性的动态加工流变学应运而生,并为动态成型加工技术及设备的研究开发和应用提供了理论基础。
掌握振动剪切流场对聚合物熔体流动行为的影响规律成为动态加工流变学理论的一个重要部分。传统加工流变学中,描述聚合物加工过程中聚合物熔体流动规律的幂律本构方程表达式简洁,且在一定的剪切速率范围内能较好地描述聚合物熔体的流动行为,被广泛的应用于流场分析、流变数据测量模具和流道设计的计算机软件当中。由于在振动剪切流场中,聚合物熔体的动态流变行为与稳态挤出相比发生了变化,传统的幂律方程不能适用于聚合物动态塑化成型加工流场计算。而基于高分子链缠结动力学的瞬态网络结构原理建立的振动力场作用下聚合物熔体本构方程虽然在描述动态加工过程中聚合物熔体分子运动行为方面具有很大的优势,但是在分析聚合物动态塑化成型加工过程的熔融塑化过程和熔体输送过程时,却具有计算量大、数据处理复杂的缺点,并不能方便地应用于工程实际。从解决聚合物动态塑化成型加工流场问题的角度出发,对传统幂律本构方程进行修正就具有很重要的现实意义。
本论文以聚合物熔体在毛细管脉动挤出过程中的流变行为作为研究对象,根据传统毛细管流变仪的流变测量原理,推导了振动剪切流场下计算壁面剪切应力、壁面剪切速率和动态表观粘度的流变方程。选用聚合物加工典型物料在动态毛细管流变仪上进行稳态和动态挤出实验,对聚合物在稳态挤出和脉动挤出条件下的流动行为进行表征和比较。根据实验结果,对上述流变方程进行进一步的简化,在传统幂律本构方程的基础上建立了与脉动剪切流场的动态参数相联系的幂律本构方程的动态形式,使之适用于聚合物动态塑化成型加工工程。