聚合物多相分层流动成型粘性包围机理研究

【摘要】： 多相分层流动成型是新型先进聚合物多组分成型技术的共同成型方式。由于多相分层流动存在着各分层界面应力之间的相互耦合,使各种特定多相分层流动均具有特殊的流动输运规律和动力学特征,由此使得多相分层充模流动成型比传统单相流动成型蕴涵着更丰富、更复杂的研究内容。本文针对多相分层流动成型中普遍存在的粘性包围现象,研究了聚合物熔体的流变性能和工艺参数对多相分层流动成型粘性包围的影响规律,并基于流变学与流体动力学等理论揭示了其产生机理。主要结论如下: 1、针对聚合物多相分层流动成型的特点,基于聚合物流变学、流体动力学和热力学理论,经合理假设,建立了描述聚合物熔体多相分层流动成型过程的全三维稳态等温粘弹性理论模型。 2、基于Galerkin法、罚函数法、EVSS、SUPG法和Mini-Element法等混合有限元稳态离散技术,建立了求解高度非线性的三维粘弹性聚合物熔体多相分层流动成型理论模型的有限元数值模犁,并基于这一模拟系统,实现了聚合物熔体多相分层流动成型粘性包围的直接有限元数值模拟。 3、通过数值模拟研究,给出了不同流变性能参数下聚合物多相分层充模流动成型过程的流场分布、流动特征差异和粘性包围分层界面形貌定量对比。在此基础上,通过理论分析,揭示了粘性包围的机理,并研究了流变性能参数对粘性包围影响的规律性关系。 4、聚合物多相分层流动成型的粘性包围是由于熔体二次流动引起的,熔体粘性包围程度与熔体二次流动强度成正比,而熔体二次流动强度又正比于分层界面处下层熔体与上层熔体第一法向应力差跳跃程度。横截而的二次流动存在二个流动涡流中心是产生粘性包围的必要条件。 5、聚合物多相分层流动成型的粘性包围程度随着松弛时间和进口流量增加而增加,而随着熔体材料系数a增加而减小。