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《华南理工大学》 2003年
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动态条件对微孔塑料用超临界CO_2发泡成核的影响

牟文杰  
【摘要】:本文采用超临界CO_2流体作为发泡剂用于微孔塑料的连续挤出成型,对超临界CO_2流体在聚合物熔体中的分散性能、溶解性能及其所形成的均相溶液的流变性能进行了研究;对挤出发泡成型过程中的剪切和拉伸等挤出流场动态条件对气泡成核动力学及成核机理的影响进行了研究。 超临界CO_2流体由于能迅速地溶解在聚合物熔体之中,对聚合物熔体有很好的增塑作用,能大大降低聚合物熔体的粘度,提高聚合物熔体的流动性,降低聚合物熔体的挤出温度,因此成为本文研究的重点之一。 气泡的成核阶段是采用超临界CO_2流体挤出微孔发泡塑料的关键成型环节。为了实现微孔塑料的挤出成型,必须首先在挤出过程中形成聚合物熔体/气体的均相体系,而均相体系的形成涉及到超临界CO_2流体在聚合物熔体中的分散和溶解。本文对超临界CO_2流体发泡剂在聚合物熔体中的扩散性能和溶解性能液体等进行了详细研究,并给出了相应的计算方法。 超临界CO_2流体在聚合物熔体中的存在使得聚合物熔体和超临界CO_2流体所形成的均相体系的流变性能发生了很大的变化,加工成型条件也随之发生较大变化。这些条件的变化直接影响到气泡核的形成和生长,对最终发泡制品的性能和形态产生重要影响,本文从聚合物/CO_2溶液的自由体积分数的角度对溶有超临界CO_2流体的聚合物均相溶液的相关流变性能进行了分析,对超临界CO_2流体和聚合物熔体之间的相互作用机理及其对微孔发泡成型机理的影响进行了研究。 本文详细研究了采用超临界CO_2流体进行微孔塑料挤出发泡的成型过程和气泡的成核动力学,从聚合物/气体之间的气一液界面张力的角度计算了气泡成核所需临界Gibbs自由能变化量,在气泡碰撞模型的基础上给出了气泡成核速率的计算方法。 在实际的挤出发泡成型过程中,气泡核的形成是在螺杆的转动所导致的挤出口模流场对聚合物溶液所提供的不同剪切作用以及不同收敛半角的挤出口模流道对聚合物溶液的不同拉伸作用这两种动态条件的作用下完成的。本文将剪切和拉伸等挤出流场动态条件对气泡成核的影响引入到实际条件下的气泡成核动力学计算中,以Taylor液滴形变理论为基础,计算了气泡核在剪切流场作用下发生形变时的气泡成核所需克服的临界Gibbs自由能变化量、气泡的临界成核半径和成核速率。结果显示,与未受到剪切力作用时气泡成核相比,在剪切流场作用下发生形变时的气泡成核所需克服的临界Gibbs自由能变化量有较大程度的下降,气泡的临界成核半径减小,成核速率增大;且气泡核在剪切流场的作用下发生形变破裂后所形成的球形气泡核仍能够最终成长为气泡。剪切作用增加了聚合物溶液
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TQ320.4

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