聚乙烯熔体黏弹性流变行为数值模拟和实验研究

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1、聚乙烯熔体黏弹性流变行为数值模拟和实验研究7．3实验结果与讨论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··7．3．1挤出胀大现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1097．3．2不稳定流动现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·1107．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯114结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·115参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117附录1本构参数的换算关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯··127致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·128攻读硕士学位期间发表的学术论文目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯129声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯·130VIII青岛科技大学研究生学位论文TQ谴流体密度压力时间温度入口流量黏流活化能重力加速度A的上随体导数A的下随体导数速度矢量黏弹性偏应力张量T应力张量a偏应力张量D变形率张量主要符号说明IX仉剪切粘度拉伸粘度零剪切粘度高分子粘度剪切速率拉伸速率主链拉伸程度松弛时间转移因子加权松弛时间取向松弛时间拉伸松弛时间主链末端支链数目剪切模量吼％户0听万凡九gGgvAAu聚乙烯熔体黏弹性流变行为数值模拟和实验研究De●A单位张量主链取向张量梯度算子Weissenberg数Deborah数A的物质时间导数XⅣ1Ⅳ．bP

3、SD‘第一法向应力差第二法向应力差滑移系数主应力差玻璃化温度ISV形青岛科技大学研究生学位论文1绪论本章主要介绍了课题的研究背景和意义以及国内外研究进展状况。主要内容包括：高分子材料的分类、加工方法及其应用；简单介绍了高分子熔体流动过程中的重要概念；描述了几类常见的高分子奇异流变现象；进一步对聚乙烯熔体的国内外研究状况作了综述；简述了模拟非牛顿流体常用的数值方法；讲述了数值计算过程的稳定化方法和正则化机制；最后指出了本论文的主要研究内容和意义。1．1引言高分子材料早在15世纪就被人类所发现，经过五个世纪的探索和发展，近年来在国民经济各个领域中都有着较为广泛的应用。在生物医药方面，

4、用高分子材料制各人工器官已经成为当前的热门话题，如含氟高聚物材料就可以用在动脉搭桥手术【1】中，也可以作为整容和重建外科中软组织的替代物：在建筑建材方面，越来越多的金属材料逐渐被高分子材料所替代，特别在轨道交通【zJ、桥梁和房屋的减震方面，高分子材料得到了广泛的应用，给人们的生活提供了安全保障；在航空航天方面[3】，聚合物材料的应用为人们探索宇宙星空提供了方便，传统金属材料质量较重，给研究探索带来了不便，然而高分子材料恰好能克服这一不足；在人们日常生活中，高分子材料更是数不胜数，主要包括服饰、家具、家电、食品包装等。总之，高分子材料已经成为人们赖以生存的必需品。高分子材料的分类方

5、法比较复杂，目前主要有三类分法【4J，一是从材料应用上可分为塑料、橡胶、纤维、高分子涂料、高分子胶黏剂和高分子基复合材料；二是从材料来源上可分为天然高分子材料、半合成高分子材料以及合成高分子材料；三是从材料链结构上可分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子。由于橡胶、塑料及合成纤维在现代社会各类材料中占很大比重，因此其加工方法和工艺也多种多样[5】t对橡胶而言，有混炼、塑炼、压延和挤出工艺等；就塑料而言，既有传统的四大成型工艺(挤出、注塑、注射、压延)，也有现代的新型成型方法，如原位复合技术、流体辅助成型等；对于合成纤维而言，纺丝是最主要的成型工艺，主要包括干法纺丝和湿法纺丝。

6、在众多材料成型方法中，挤出成型制品占据着绝大多数，该工艺具有操作简单、效率高、应用范围广以及能实现连续化生产等特点。据记载，早在1795年人们就发明了第一台聚乙烯熔体黏弹性流变行为数值模拟和实验研究工业挤出机，后来又相继发明了冷喂料和热喂料挤出机，至今还在应用；随后科学家们提出了许多关于挤出工艺的理论，主要包括熔融理论、熔体运输理论等，为挤出成型的发展奠定了基础；最近几十年，随着计算机的快速发展，CAE(ComputerAidedEngineering)技术和FEM(FiniteElementMethod)方法被厂泛应用于挤出成型过程，为挤出加工分析研究提供了方便【6J。因此，本

7、文主要研究黏弹性聚乙烯熔体在加工过程中的复杂流变行为，包括通过毛细管口模时的离模膨胀现象以及流体通过其它口模类型(十字交叉型、圆柱绕流和收缩流)时所表现出来的特殊流变现象。将材料的分子微观结构与其宏观流变现象联系起来，解决高分子材料在成型加工过程中出现的不稳定流动和熔体破裂等问题，提高企业的生产效率与效益。同时借助数值模拟这一强大工具，将模拟结果与实验结果作比较，从而检验本构模型描述黏弹性流体真实复杂流变行为的能力，为发展新的本构理论模型和指导高分子材料加工提供科学依据。1．2高