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剪切取向下粘性聚合物系中团聚体分散的研究

专 业: 化学工程
关键词: 分形团聚体 Monie Carlo模拟 简单剪切流场 分散混合 偶联剂
分类号: TQ31
形 态: 共 97 页 约 63,535 个字 约 3.039 M内容
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内容摘要


粉体团聚体在高分子基体中的分散过程决定了材料的加工性能和最终产品的性能。

团聚体分散是在外界流场应力作用和团聚体强度的竞争作用下进行的,受到流场类型、流场应力分布和团聚体结构等因素的影响。

其中团聚体结构决定了外界流场作用力在团聚体内部的传递。

因此,它是影响团聚体分散过程的重要因素之一。

本文运用MonteCarlo方法在三维简单立方网格基础上计算机模拟了四种代表性的分形团聚体,即DLA团聚体、RLA团聚体、LTA团聚体和Eden团聚体,其中DLA团聚体的结构较疏松而Eden团聚体具有致密的结构,四种团聚体的分形维数分布在2.50到3.00之间。

拟合得到的分形维数与文献值的比较发现两者较接近,说明由网格引起的团聚体宏观结构的各向异性并不明显,对后续的团聚体分散的分析结果影响不大。

对四种团聚体在简单剪切场中按照两种不同方式分散时所需应力的计算表明,团聚体按照平面断裂方式分散时,四种团聚体分散所需的无因次临界应力随平面断裂面向团聚体内部的深入而增大,说明团聚体分散易发生在其边缘,此分散方式相当于“剥蚀”分散。

团聚体按照不规则面断裂方式分散时,由于考虑了外界流场在团聚体内的应力集中效应,几种团聚体分散所需的无因次临界应力随平面断裂面向团聚体内部的深入而减小,产生较大的碎片,相当于“破碎”分散;分散所需的无因次临界应力与平面断裂方式相比较小,且无因次临界应力对团聚体大小的依赖性较强。

两种常用粉末填料滑石和粉碳酸钙在PDMS中分散的实验研究得出,粉体的加入使牛顿型的PDMS在低剪切区呈现假塑性,且复合体系的假塑性随加入粉体的量增加而增强;通过对粘流活化能的拟合发现粉体的加入降低了复合体系的粘流活化能;通过偶联剂对粉体的表面改性可以使无机填料与聚合物基体的结合性增强;偶联剂对粉体的改性效果具有选择性:

硅烷偶联剂KH-550对二氧化硅的改性效果较好而对碳酸钙改性效果不明显,钛酸酯偶联剂TC-114则对碳酸钙改性效果较好;偶联剂对粉体表面改性时存在最佳用量,实验得到的两种偶联剂的最佳用量都为粉体的2%wt..……

全文目录


摘要
前言
第一章 文献综述
1.1 高分子加工设备混合过程分析
1.1.1 流场的分散混合能力比较
1.1.2 分布混合效率评价
1.1.2.1 线性伸长率
1.1.2.2 两两相关方程
1.1.2.3 熵评价
1.2 团聚体强度模型
1.2.1 Rumpf模型
1.2.2 Kendall模型
1.3 团聚体的分散模型
1.3.1 “破碎”分散方式
1.3.2 “剥蚀”分散方式
1.3.3 分散过程影响因素分析
1.3.3.1 剪切应力
1.3.3.2 团聚体表面性质
1.3.3.3 基体对团聚体的渗透
1.4 团聚体分散的理论分析及模拟
1.4.1 团聚体分散的断裂理论和团聚方程
1.4.2 对团聚体分散的模拟研究
1.5 课题的提出
第二章 分形团聚体结构的模拟
2.1 分形团聚生长模型
2.1.1 扩散控制团聚模型DLA
2.1.1.1 DLA生长机理
2.1.1.2 分形维数的确定
2.1.2 反应控制团聚模型RLA
2.1.3 线性轨迹生长模型LTA
2.2 分形团聚体的结构模拟过程
2.3 团聚体分形维数的拟合
2.4 本章小结
第三章 分形团聚体分散的模拟
3.1 流场对团聚体作用力分析
3.2 平面断裂模型
3.2.1 模型的提出
3.2.2 模拟的步骤及程序流程图
3.2.3 模拟结果与讨论
3.2.3.1 团聚体强度与大小的关系
3.2.3.2 破碎应力与碎片大小的关系
3.3 不规则面断裂模型
3.3.1 模型的提出
3.3.2 模拟的基本思路
3.3.2.1 模型的建立
3.3.2.2 原生颗粒的连接性
3.3.2.3 不规则面断裂的模拟步骤
3.3.3 模拟结果与讨论
3.3.3.1 团聚体强度与大小的关系
3.3.3.2 破碎应力与碎片大小的关系
3.4 本章小结
第四章 粉体在PDMS中的分散实验
4.1 引言
4.2 实验原料
4.3 实验装置
4.4 实验步骤及分析测试
4.4.1 粉体性质及PDMS粘度测量
4.4.2 粉体的表面改性
4.4.3 粉体分散的复合体系流变性质测定
4.5 结果与分析
4.5.1 团聚体分散的形态与粒径变化
4.5.2 粉体对复合体系粘度的影响
4.5.3 粉体表面改性对复合体系粘度的影响
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
符号说明

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中图分类: > TQ31 > 工业技术 > 化学工业 > 高分子化合物工业(高聚物工业)

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