聚合物熔体高速挤出异常流变性的“指纹”识别，扰动源分析及有效对策

聚合物熔体高速挤出时的异常流变行为是非常复杂、规律性差的重要现象，多年来人们困惑于此，鲜有清晰理解和认识。在基金委支持下，课题组对此进行了系统研究，已取得大量数据、图表和理性认识。重要的是在此过程中，形成一套科学、系统、有效的研究思路和方法，有望取得突破性进展。本项目的主要研究脉络为：1，对熔体高速挤出时复杂的畸变现象进行归纳和量化描述，建立识别聚合物加工行为的"指纹库"，用以提示不同聚合物熔体的挤出畸变特征，给实际生产予指导；2，扰动源分析。根据不同畸变现象的特征和规律，探究熔体流动发生扰动的原因和机理，确定扰动源位置和性质。重点研究扰动与流场应力集中效应的关系，与高速剪切、拉伸流场中熔体分子结构、构象、聚集态结构变化的关系；与熔体/口模界面吸附、摩擦状态的关系；3，有效对策。根据扰动源位置和性质，有的放矢地设计克服畸变、减轻熔体破裂、提高生产效率的措施。

摘要：聚合物熔体高速流动的稳定性问题具有重要的工程意义和理论研究价值。本项目选择一批代表性聚合物，系统研究不同熔体在高速挤出流场的异常流变性质和非线性粘弹性，建立了旨在识别挤出畸变种类，阐明畸变现象本质的“指纹”信息库。信息库的功能和用途简述如下：.1）信息库汇集、整理了大量实验数据、图表和资料，对繁纷复杂的挤出畸变和熔体破裂现象进行了科学分类和识别。定义了一系列物理量对不同畸变现象进行量化描述。指出主要的畸变现象有两大类：表面有规畸变和整体无规畸变，每一类畸变还分别包含多种亚类。在很高速率下挤出物表面和整体可能都出现无规畸变，此即熔体破裂。分子链拓扑结构不同的熔体具有不同的畸变规律特征，据此可对其进行“指纹”性识别。数据库提出的主要“指纹”有三种：挤出物外观表象、挤出压力稳定性、熔体流变曲线。三种“指纹”相互联系，紧密相关，实质上是同种现象的不同表现。使用者可根据“指纹”分析方法掌握、了解具体样品的加工行为和畸变规律。.2）通过对现象的科学分类，信息库深入探讨了引发畸变的扰动源位置和扰动机理。流场扰动最易发生 在流动应力集中的区域，对于挤出流场这些区域包括熔体/模壁边界以及口模入口区和出口区。根据流动机理，确定了扰动的类型有：剪切流动不稳定性（引起熔体/模壁界面状态变化）、拉伸流动不稳定性（包括各类次级流动）和压力流动不稳定性（入口压力不稳定和口模压力不稳定）。扰动机理尚与熔体本征性质相关，分子链结构不同、缠结状态不同、熔体/模壁作用力不同、黏弹性不同，流场内应力集中和扰动的位置和机理不同。不同扰动源与各类畸变现象相互对应，加深了对畸变本质的认识。.3）对于不同类型、不同扰动源和扰动性质的挤出畸变现象，信息库有的放矢地提出多种措施，用以克服畸变、减轻熔体破裂、提高生产效率。包括改善剪切流动不稳定性的措施；改善拉伸流动不稳定性的措施。大致有：①改造口模尺寸及表面状态；②调节熔体黏弹性和松弛时间；③改变配方，改变加工工艺条件；④通过共聚、共混、复合、填充、润滑改性，调整口模内流动应力场分布等。信息库给出典型实例，简要介绍了几种典型橡塑材料的挤出畸变及改进措施，供用户举一反三，辩证施治。.总之本基金研究为表象杂乱无序的挤出畸变现象给出一种理性认识，并提出系统的科学辩证的研究思路和方法来认识、掌握、改善、克服甚至利用此类现象。这是本工作的价值所在。