制备方法对聚合物共混物相分离与黏弹弛豫的影响

采用小角激光光散射(SALLS)和动态流变方法研究了通过不同制备方法得到的等规聚丙烯/乙丙橡胶共混物(iPP/EPR)的相分离行为与黏弹行为.依据Cahn-Hilliard-Cook理论分析了熔融共混和溶液共混法制备的质量比为60/40和40/60的iPP/EPR共混物在恒温相分离早期的动力学,发现熔融共混iPP/EPR具有更大的表观扩散系数(Dapp).相分离中后期的实验结果表明,当相区尺寸增长程度相同时,熔融共混试样所用时间更短.表明熔融共混iPP/EPR试样具有更快的相分离速率.动态流变测试结果表明,与溶液共混相比,熔融共混试样具有更快的松弛速率.考虑到相分离过程实质是由高分子链的运动与扩散所控制,两种方法制备的iPP/EPR共混物相分离速率的差异应归于其分子链运动能力的不同.     

简单剪切对聚合物溶液PS/DINP相分离行为的影响

通过剪切-光学显微装置在线研究了聚合物溶液聚苯乙烯(PS)/邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)体系在静态和简单剪切场下的浊点变化及其相结构的实时演变过程,结果发现在单向剪切场下,当PS/DINP体系中PS含量在15%以下时该体系的剪切浊点基本不随剪切速率的变化而变化;当PS含量在15%以上时该体系的剪切浊点随剪切速率的增大而先增大后减小,并且不同配比下都出现一个最高相界移动,该最高相界移动随着PS含量的增加移向更高的剪切速率。此外,还发现PS/DINP近临界组成的静态相分离过程是典型的粘弹相分离。低剪切速率下的相分离过程与静态下有些相似,初期形成网络结构,并且该结构沿流动方向变形取向,但是网络结构直至实验结束也没有发生破裂,可见低剪切速率对网络结构具有一定的稳定作用。     

高分子浓溶液相分离动力学的Monte Carlo模拟

运用链动力学MonteCarlo方法模拟了高分子浓溶液的spinodal相分离动力学过程 .结果表明 :分相早期 ,散射峰的位置向左移动 ,不符合经典的Cahn Hilliard线性理论 ;分相后期 ,聚合物相形态处于逾渗状态 ,结构因子可以被标度化 ,且基本符合相应的Furukawa标度律 .模拟结果与相关实验相符 .揭示了线团尺寸在深度淬冷过程中先急剧收缩、然后随相分离的进行而逐步上升的复杂变化 ,表明链动力学MonteCarlo方法能同时考察高分子链的构象变化和多链体系的分相过程以及两者的关联     

聚合物分离膜成形过程中相分离数值模拟研究进展

针对热力学、动力学、流体力学等多方面研究成果,分析多种先进的计算机模拟方法,对聚合物分离膜相分离过程的数值模拟进行介绍.从简单的二元体系到三元、四元体系,从等温传质到非等温传质,从自扩散系数到共扩散系数的应用,从一维扩散到多维扩散,对蒙特卡洛法、Lattice Boltzmann法、Cahn-Hilliard方程、物质...     

黏弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特性

采用上随体Maxwell本构方程,描述油藏条件下以第一法向应力差为主要特征的聚合物溶液的流变性.利用有限体积法对黏弹性聚合物溶液在突扩孔道内的流动特征进行数值模拟.绘制了流函数和速度的等值线图.研究了黏弹性的变化对微观波及效率的影响.数值模拟结果表明,聚合物溶液的黏弹性是影响波及效率的主要因素.凹角处的流动区域随着弹性的增加在不断增大,因此滞留区域不断减小,微观波及效率不断增大.具有黏弹特性的聚合物溶液相比于纯黏性的牛顿流体更利于提高驱油效率.这一结论有助于驱油工业上聚合物溶液的设计和优选.     

聚合物单晶生长的三维相场模拟研究

利用元胞自动机方法与相场模型的结合建立新型三维模拟相场模型.同时,为模拟真实的、三维的高分子结晶的过程,采用元胞自动机方法离散方程,且元胞几何形状的选取符合真实聚合物晶格扩散方式的物理规律,以及新建立的相场模型套用间规聚丙烯的实验参数.利用该模型模拟了多种三维立方体或者薄层的晶体形貌及其相互之间的演化过程,包括正方形、长方形、菱形、六边形、多层单晶等.通过模拟结果与真实形貌作对比来证明所建立的相场模型真实可靠性.     

聚合物溶液热力学模型的评述

预测聚合物溶液体系的气液平衡数据是热力学模型的一个重要内容.热力学模型大体可分3类,以过量吉布斯自由GF能表示的最为常用.本文选取基于GF的Flory-Huggins(FH)、UNIQUAC、UNIFAC和ENSIC 4种常用模型进行评述,认为FH模型出现较早,形式最简单;UNIQUAC模型发展较完善,应用范围较广,UNIFAC模型弥补了UNIQUAC模型参数缺乏的不足,应用最为;ENSIC模型具有较好的预测效果,但参数难以获得.     

二元聚合物刷体系相分离的计算机模拟

利用耗散粒子动力学(DPD)方法研究了二元聚合物刷体系的相分离行为. 发现组分间相容性的差别对膜厚的影响很小, 对纵向相分离结构中相区尺寸的影响则较大. 溶剂质量对控制聚合物刷膜的厚度和密度具有决定作用, 同时对层状膜结构也具有调控作用. 结果表明, 通过控制环境条件, 二元聚合物刷膜材料在快速且可逆地调节表面润湿性方面具有潜在的应用价值.     

路径积分方法计算聚合物溶液热力学性质

提出了把聚合物溶液的自由能分解为 3部分 ,平动部分、构象部分和热修正项部分 .其中后两部分具有相对于链段的可加性 ,在引入了“有效浓度”的概念后可以用路径积分方法计算 .当采用体积分数代替有效浓度时 ,就回到了李晓毅和赵得禄的溶液理论 .还利用本理论研究了不同分子量聚苯乙烯 环己烷体系的相分离曲线 ,同Flory Huggins(FH)理论相比 ,大大提高了同实验数据的符合程度     

液晶聚合物/柔性链聚合物共混体系相分离形态

利用元胞动力学方法在二维情况下对浓度、取向序参量的含时Ginzberg-Landau方程进行数值求解,研究了液晶聚合物/柔性链聚合物共混体系的相分离动力学,考察了浓度、取向有序过程的耦合对相分离形态的影响.结果表明,此耦合作用对相分离的时间进程以及相分离图样的空间排布都有影响.液晶聚合物的取向有序相当于增加了两组分间的不相容性而促进两相分离;两个序参量在热力学方面的耦合使液晶聚合物趋向于沿着界面方向取向,而动力学方面的耦合使液晶聚合物分子沿着其取向方向扩散,相分离图样的空间排布由这两种效应共同决定通过极化率张量的定义用数值方法模拟得到了相分离体系的小角光散射图样,结果表明,散射强度分布具有方位角依赖性,它是由浓度、取向序参量的空间变化共同决定的.     

结晶型聚合物注塑过程冷却模型的数值模拟

对HDPE平板状注塑件的冷却过程进行了数值模拟 .基于小分子结晶性物质的冷却模型 ,建立了固相、液相及固液相界面的控制方程 ,方程中引入热焓E和参数T 后 ,将带耦合条件的热传导方程转变为非线性抛物型方程 ,按控制容积法将其离散后 ,用数学软件Matlab获得了PE的三维温度场 ,这为探讨带相转变的热传导问题提供了一种有效的数值方法 .通过对制件芯层温度变化的模拟值与实验值的比较 ,比较了不同相变温度下理论结果的准确性 ,结果表明 ,在引入一定过冷度后 ,将相变温度定义在低于平衡熔点以下时 ,该方法的模拟值具有更好的准确性 .同时 ,模型分析了不同工艺条件对制件芯层冷却过程的影响 ,通过相变平台出现的先后以及终止时间的不同 ,说明充模温度主要影响熔体阶段的冷却以及相变出现的先后 ,而模具温度主要影响固体阶段的冷却以及相变平台终止的先后 .     

聚合物挤出过程中的数值模拟技术

介绍了计算流体力学中常用的数值计算方法,并从螺杆挤出过程、口模的设计以及挤出胀大等方面综述了数值模拟技术在聚合物挤出过程中的应用,最后针对聚合物挤出过程数值模拟发展的方向作了简要论述。     

聚醚砜改性环氧体系的聚合诱导相分离行为: 固化机理的影响

对聚醚砜(PES)改性环氧体系在两种不同固化机理(逐步聚合和链增长聚合)的情况下的聚合诱导相分离行为进行了对比研究. 采用光学显微镜、时间分辨激光光散射、流变仪等手段对相分离的全过程进行了跟踪. 结果表明, 小分子的扩散行为是控制相分离的主要因素, 对于逐步聚合体系扩散主体为环氧低聚物, 而链增长聚合体系扩散主体为环氧单体. 在高含量PES(SPES-20%)体系中, 光散射结果显示了黏弹相分离的过程且相分离的特征松弛时间可以用WLF方程描述; 而在低含量PES(SPES-14%)体系中可以通过光学显微镜观测到二次相分离的现象, 并由流变学研究进一步证明.     

聚合物熔体挤出胀大的三维数值模拟

采用粘弹性PTT模型对聚合物熔体的矩形口模挤出胀大进行了三维等温数值模拟,得出了不同条件下的口模外流动速度和挤出胀大率沿挤出方向的分布规律.模拟时利用罚函数有限元法和把动量方程转化成椭圆类方程的去耦算法以降低模拟对计算机内存的要求和增加计算收敛的稳定性,采用用路线法对挤出胀大自由表面进行更新迭代.模拟结果表明:We数越大,则挤出胀大率越大,而且对于矩形口模挤出而言,高度方向的挤出胀大率比宽度方向的挤出胀大率大.     

橡胶动态生热数值模拟与实验研究

为提高橡胶动态生热数值模拟的计算精度,基于时温等效原理给出了一种同时考虑温度和应变率来确定拉伸测试条件的方法,它可同时满足设备测试条件和制品使用工况.此外,为获得更准确的超弹性本构方程参数,采用了一种用应力松弛实验得到橡胶完全松弛状态下的一组应力来拟合黏弹性算法中超弹性部分的方法.采用上述测试方法并借助ABAQUS软件...     

基于链端体积分数的聚合物溶液理论

提出“链端体积分数”的概念以克服Flory-Huggins(FH)理论中的平均场假设.将聚合物多链体系看成一条“间隔连续链”,使一些热力学量写成路径积分的形式.在聚合物/溶剂体系中,保留了FH理论的无热熵假设,把总熵分为两部分,建立了一个新的聚合物溶液理论.计算了聚苯乙烯/环己烷体系的FH相互作用参数和相分离曲线,并与实验数据和FH理论作了比较,结果表明,我们的理论结果比FH的理论结果有了很大的改进.     

线性和非线性聚合物的相分离

分子共混物从20世纪60年代开始,引起很多科学家的兴趣.加工过程中,聚合物相分离过程中的热力学和动力学起了重要的作用,赋予了共混物一定的形貌,提供了很多人们需要的功能.关于聚合物的相分离问题,近年来无论在实验还是在理论上都得到了很大的发展.聚合物相分离的热力学是以Flory-Huggins的平均场理论为基础,动力学以CHC(Cahn-Hilliard-Cook)的线性理论为基础.在本文中,我们对亚稳相分离SD(Spinodal Decomposition)的热力学和动力学都进行了考察.描述了测量二元共混物的浓度涨落的静态散射实验,给出了在二元共混物体系的SD的近期理论计算.首先,从普适的Langevin方程推导CHC理论,从而给出CHC的唯象的平均场理论的微观图象.然后介绍模式耦合计算,从而将SD理论扩展到非线性区域.通过将短期SD分解与高分子共混物的对比揭示了定量计算的本质.最后,讨论了一些近年来在剪切场下相行为的研究以及该领域可能的发展方向.     

用于聚合物溶液扩散系数计算的活度系数模型比较

用40个聚合物溶液体系的实验数据,对三个有代表性的活度系数模型用于计算联系自扩散系数和互扩散系数的热力学因子的精度进行了比较,结果表明三个模型的精度相近,误差一般在20％左右。,因而本工作揭示了聚合物溶注保由自扩散系数计算与扩散系数的一个潜在问题。即由于活度系数模型计算热力学因子误差较大所带来的较大不确定性。     

耐温抗盐驱油聚合物溶液黏弹性

对3种不同结构类型的耐温抗盐驱油聚合物〔高分子量聚丙烯酰胺(HPAM)、磺化聚丙烯酰胺(S-HPAM)和疏水缔合聚丙烯酰胺(A-HPAM)〕的溶液黏弹性能进行了研究。在温度85℃下,通过稳态剪切和动态剪切试验,考察了质量浓度和矿化度对聚合物溶液黏弹性的影响。结果表明,随剪切速率增加,溶液表观黏度逐渐降低。质量浓度越高,溶液的储能模量(G')和损耗模量(G″)越大。由动态剪切实验数据,计算得到第一法向应力差(N1)。随质量浓度增加,聚合物溶液的N1逐渐增大;随矿化度增加,聚合物溶液的N1出现不同盐敏感区域,说明不同结构类型的驱油聚合物溶液对矿化度的弹性响应不同。研究结果为高温高盐油藏聚合物驱剂的选择及开发提供了理论参考。