纯振动场作用下聚合物粘弹性能的微观研究

通过对聚合物大分子与其他低分子的比较．指出了聚合物大分子具有独特分子结构、大的相对分子质量和长的分子链．以及由此引起的一系列特有的物理化学性能。从微观的角度解释了振动场作用下、聚合物大分子的运动情况．提出了聚合物大分子在振动状态下的橡皮筋模型．比较了直接加热与纯振动场作用下两种不同换能方式对聚合物同体材料塑化性能的影响，得出了纯振动场作用比直接加热更能促进聚合物材料塑化的结论。按照橡皮筋模型的原理．建立了广相应的力学模型。运用偏微分方法对该力学模型讲行求解，找出了振动场对高聚物的作用机理。     

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程（Ⅰ）理论模型及熔融机理

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。     

Melting process of polymer under pure vibration force field（Ⅰ）Theoretical model and melting mechanism

为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。     

纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程（Ⅱ）振动参数对熔融速度的影响

在已建立的纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程物理模型和解析模型的基础上,推导出了聚合物熔融速率与振动参数的关系表达式。使用低密度聚乙烯（LDPE）进行实例计算,得出：纯振动场作用下,熔融速率随振动频率和振幅的增加而增加,并最后趋向一稳定值。最后运用多维振动实验台进行实验验证,实验结果与理论计算结果符合得很好,证明物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。     

振动力场作用下聚合物熔体分子动力学(Ⅱ) 表观黏度的影响

在本文（Ⅰ）报所建立的振动力场作用下聚合物分子运动物理模型和解析模型的基础上,推导出了振动诱导作用下聚合物熔体动态表观黏度与振动频率的关系表达式。通过实例计算和动态流变仪实验验证,证明了该模型的正确性和有效性,并且得出结论：振动力场作用下,聚合物熔体的表观黏度与振动频率密切相关,表观黏度随振动频率增加而减小;当振幅大于聚合物分子链长度时（一般都会大于分子链长度）,再增加振幅对表观黏度的影响不大。证明了（Ⅰ）报中物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。     

振动力场作用下聚合物熔体分子动力学(Ⅰ) 运动模型

引入振动力场以后,聚合物熔体分子的运动模式和状态都会发生变化。研究聚合物熔体分子在振动力场作用下的运动过程对于准确把握聚合物材料成型加工过程的各物理性能具有重要意义。本文建立了振动力场作用下聚合物熔体分子运动的珠-簧物理模型,运用统计力学方法求解该模型,得到了聚合物分子的动态松弛时间与振动频率的关系表达式,研究该式可以发现,聚合物的松弛时间是与振动频率密切相关的,当其他参数固定时,松弛时间随振动频率增加而减少。为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。     

聚合物球型螺杆电磁动态低温塑化挤出过程

为了研究振动场作用下聚合物低温塑化成型过程,研制了一套球型螺杆电磁激振挤出装置,建立了振动场作用下聚合物低温塑化成型的物理模型,深入分析了振动场作用下聚合物低温塑化机理,然后从振动耗散能、聚合物变形能、摩擦热、剪切热等方面分析了聚合物塑化的能量来源,并通过数学推导得出了能量输送密度的数学表达式。最后使用球型螺杆电磁激振实验台和低密度聚乙烯(LDPE)进行实验和理论计算,实验结果与理论计算结果符合很好,并得出结论:振动场的引入可以降低聚合物的成型温度40℃以上、可以节约单位质量物料成型能耗47%以上,同时可以提高制品力学强度。本研究将会为聚合低温成型工艺和成型设备的研究提供可靠的理论基础。     

动态塑化过程振动参数对聚丙烯性能的影响

采用新型液压脉振式注射机成型聚丙烯(PP)试样,探讨了塑化过程中振幅和频率对PP物理力学性能和成型过程整机能耗的影响。结果表明:保持其他工艺参数不变,在塑化过程中施加振动后,PP试样的拉伸强度提高9.8%,冲击强度提高13.8%,密度提高0.3%,整机加工能耗降低6.6%。     

塑化过程振动参数对制品力学性能的影响

采用自制新型液压脉振式注塑机,在塑化过程引入液压脉动,探讨振动参数对制品力学性能的影响。结果表明:施加振动后,低密度聚乙烯、聚丙烯拉伸强度分别提高6.1%,9.8%;密度分别增大0.33%,0.30%;加工能耗分别降低6.8%,6.3%,且呈现一定的变化规律。     

超声振动作用下的聚合物塑化机理研究

利用理论并结合实验对超声振动作用下聚合物的塑化进行了研究,探讨了超声波熔融塑化中的摩擦热效应和超声空化效应,并采用数值分析方法研究了不同参数对超声波空化效应的影响.结果表明:低频及较高声压幅值有利于空化效应的发生.利用自制的超声振动塑化装置,实验研究了不同声压幅值对超声振动成型塑料制件质量的影响,进一步验证了空化效应在聚合物超声波熔融塑化的主导作用.