《聚合物熱流變狀態線上檢測分析及理論研究》是依託北京化工大學，由王克儉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物熱流變狀態線上檢測分析及理論研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王克儉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流變學和熱力學是聚合物材料製備、加工成型和使用的基礎，二者的關聯研究是目前的重要研究方向。本申請針對典型聚合物熔體成型和固態拉伸加工工藝中的流變性能和熱力學狀態，即熱流變狀態問題開展線上檢測實驗研究和理論分析。通過超音波和紅外熱成像等檢測，開發聚合物粘彈性和熱力學的同步線上測試的新方法和新技術；以自由體積分數與粘彈性關係、空穴體積分數與熱性能關係等為紐帶，把流變理論與熱力學理論關聯，建立粘彈性與熱性能參數的關係。解決液固兩態的熱流變定量分析的銜接問題；利用建立的方法和理論分析多種典型動力學過程和複雜材料體系，發現新現象和新規律。實驗測試和理論分析相互促進，從而深化對聚合物加工過程熱物理狀態的理解，為實現最佳化設計材料及其加工工藝、開發精密成型設備和合理使用製品提供更好的基礎。良好的前期探索和實驗條件能夠保證研究取得良好的成果。
結題摘要
流變學和熱力學是聚合物科學和工程的基礎，二者關聯研究是目前的重要研究方向。本項目針對熱流變狀態問題建立關聯粘彈性與熱性能參數的測試理論和線上表征方法，分析典型動力學過程和複雜材料體系,發現新現象新規律。重要結果和數據為： （1）建立了熱流變學線上表征理論 ① 用唯象網路流變模型計算拉伸黏度和法向應力差係數；基於纏結和鏈組鬆弛動力學，建立了可分析材料特性和工藝影響的長短毛細管通用的擠出脹大模型，進而提出了填充濃度因子和混合加和關係預測填充複合材料和共混物的脹大行為。 ② 基於自由體積的概念，考慮了黏彈參數的時間-溫度-應力效應，通過狀態方程和本構方程推演，建立超音波特徵與聚合物比容及黏彈性的定量關係，從而建立方程參數求取方法。通過黏彈性和熱力學數據關聯，可分析工藝參數及材料組成的綜合效果。 （2） 提出了線上表征方法，完善了實驗裝置。 ① 套用超音波特性與聚合物粘度及比容等的定量關係，提出了超音波線上表征黏度、法向應力係數、熔融指數、比容、結晶度和交聯度的專利方法。 ② 採用機械密封、高精度運動機構和多點溫度-壓強精測系統，完善柱塞型PVT和圓管型流變測試裝置，集成開發了國產超音波線上表征的研究平台。 （3） 套用提出的同步測試方法，研究了常用聚合物的線上表征黏彈性和熱力學特性 ① 對幾種聚合物、共混物和填充複合材料進行比容、黏度、熔融指數和法向應力係數的超音波線上測試，驗證了的理論方法的可行性；提出了分析共混比和填充比對材料相形態結構和相容性影響的定量關係及主曲線分析方法。 ② 比照DSC，建立了分析材料熱力學轉變的超音波掃描熱學（USC）分析方法，可定量檢測不同壓力下升降溫速率對粒料和密實體熔融和凝固（玻璃化轉變和結晶）行為的影響。 ③ 在無轉子硫化儀上安裝超音波系統創建實驗平台，對照同步獲得的扭矩硫化曲線和超音波聲速曲線提出超音波硫化歷程線上表征方法和正硫化動力學分析模型。 ④ 表征了天然橡膠納米複合材料的硫化進程、比容及粘彈性；製備並表征了高性能木塑複合材料和高溫養護粉煤灰基礦物聚合材料和鐵磁體。 (4) 用離散單元法分析了螺桿輸送熔融；開發了高效低耗的熔融塑化系列方法，將套用熱流變狀態線上表征方法研究其中機理並工程化套用；對固態加工中聚合物的熱流變狀態變化的研究將更深化。 深化了加工過程熱物理的理解；線上表征方法可最佳化工藝材料。
