1。介绍
通过混合两种或两种以上的聚合物,它是一种廉价和方便的方式获得新的性能优良的材料,是互补的。近年来,聚合物混合塑料工业越来越无处不在,例如、半导体(
1)、纳滤(
2),纤维(
3),和印刷
4),因此已经成为材料科学中一个非常活跃的研究领域。聚合物共混的最终属性取决于不仅每个聚合物的组件,而且其内部微观结构,这是由于加工条件以及界面张力(
5,
6]。因此,它具有重要的科学与工程意义来衡量聚合物之间的界面张力准确预测和控制混合聚合物的结构和性能。
gydF4y2Ba虽然测量技术对聚合物近年来发展速度越来越快(
7- - - - - -
12),它仍是一个具有挑战性的问题获得界面张力实验由于内在的粘弹性聚合物(
13- - - - - -
15]。这些测量技术可以分为两类:平衡方法和动态方法(
14]。平衡方法,包括悬滴法(
16- - - - - -
18),无柄滴法(
5,
6,
19),旋转滴法(
20.- - - - - -
22),建立滴形状的一个机械平衡状态方程和推断聚合物之间的界面张力。尽管他们都适用于纯粹的粘性和粘弹性流体和很好的精度,它要求矩阵透明度、粘度相对较低的聚合物,和长时间才能达到平衡,增加聚合物的热退化的风险。相反,动态方法,包括打破线程方法(
23- - - - - -
25],嵌入纤维方法[
26- - - - - -
29日下降,变形收缩方法(
30.- - - - - -
34),获得界面形态演化方程。例如,变形收缩下降方法建立了一个方程描述的形状变化在收缩变形下降。动态方法是相对更简单,适合粘性聚合物。然而,现有的动态方法的基本理论只适用于纯粘性液体。如果应用于聚合物,动态方法不可避免地会产生一个错误,是很难估计的。一些表征技术研究报告是一个灵感这个问题,但效果还不清楚
35]。
gydF4y2Ba因此,提出一种改进的动态聚合物的方法之前,下降动态粘弹性的影响,即。,变形收缩下降,应该首先理解,然后,尝试降低效果。
gydF4y2Ba作者的知识,许多仿真研究已经关注的动态粘弹性下降。Yu和周综合Boussinesq-Scriven粘弹性界面本构方程的摄动分析流场内部和外部的下降(
36]。穆克吉等人模拟剪切下降的形状松弛的一种或两种阶段Oldroyd-B液体的有限差分法和前跟踪算法(
37]。越等人使用2 d diffuse-interface方法模拟收缩的静止矩阵[Oldroyd-B下降
38]。越等人将Oldroyd-B粘弹性本构方程的相场框架Cahn-Hilliard方程的自适应网格方案和研究了界面动态动力学[下降
39]。玉等人后面的方法扩展到粘弹性流体和周围的蠕动流计算下降
40]。这些研究的共同观点是navier - stokes方程的结合,界面跟踪算法,和聚合物的粘弹性本构模型,即。,麦克斯韦模型(
41],Voigt-Kelvin模型[
42,
43),瞬态网络模型(
44,
45],Oldroyd-B模型[
46),上层迁移麦克斯韦模型(
46],和FENE-P模型[
46,
47]。上面的评论突显出复杂的动态粘弹性下降,在建模的困难。然而,大多数研究都局限于低粘度的情况下,无法模拟高黛博拉(粘弹性),由于限制他们的数值模型和本构模型。
gydF4y2Ba本文研究了粘弹性对降低收缩的影响LB方法和聚合物动力学理论,然后,一个新颖的方法测量提出了聚合物熔体之间的界面张力。LB方法是一个特殊版本的波尔兹曼方程描述进化粒子相互作用的固定格(
48]。动力学,微观起源和特征尺度在纳米和毫米之间。相反,LB方法可以查普曼豆科格扩展到完整的恢复时间不可压缩和可压缩n - s方程。LB方法模型流体粒子的合奏,所以宏观性质如密度和速度可以很容易地构造一次磅解。LB方法的优点包括缓解在处理任意几何图形和复杂的多相流动,而其内在的并行算法可以有效解决大规模并行计算机的实惠。在过去的几十年里,LB方法已经被证明是一个有前途的工具,模拟复杂的流体流动(
49),即。,米我crofluidics [
50- - - - - -
52),流经多孔介质(
53- - - - - -
55)、毛细管流(
56- - - - - -
58),非牛顿流(
59- - - - - -
61年),更重要的是,多相流(
62年- - - - - -
64年]。自动相位分离机制和简单的界面跟踪技术都是有吸引力的特点的LB方法模拟下降形态演化和已经成功地应用于研究[
65年- - - - - -
68年]。聚合物粘弹性本构模型的不同,聚合物动力学理论解释了微观的方式粘弹性的起源,净效应的大量组成分子的动力学与内部自由度。有趣的是,宏观本构模型,如upper-convected麦克斯韦(UCM)模型和Oldroyd-B,可以推导出基于动力学理论(
46]。的微观本质,馆等人首次综合LB方法和动力学理论和成功地建模了聚合物流体(
69年,
70年]。Osmanlic和Korner LB-kinetic理论框架来模拟Oldroyd-B液体(
71年]。本文结合了LB方法和聚合物分子运动论来模拟的收缩变形和分析粘弹性的影响。
gydF4y2Ba剩下的纸是组织如下。节
2下降,收缩过程的变形模拟使用耦合模型的伪势多相磅方案和聚合物分子的肩部模型。在降粘弹性动力学的影响进行了分析,设计了一种新型界面张力的评价方法。然后,在节
3之间的界面张力,熔化的聚丙烯(PP)和聚烯烃弹性体(POE)是衡量该方法和最原始的变形收缩方法,分别。通过比较验证了该方法的准确性越好。最后,在得出结论部分
4。
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2。数值调查
从本质上讲,LB方法pseudoparticle方法,溪流和碰撞在格子上时间和空间离散。通过跟踪pseudoparticles的分布函数的进化,捕捉流体放形态演化。相反,聚合物链的分子运动论重写在晶格方案。所以磅基于方法计算框架包括三个成分:伪势多相模型(
72年]下降形态进化,FENE哑铃模型聚合物粘弹性(
70年,
71年),和一个适当的耦合策略。的轮廓三维数值方法介绍了在这一节中,附录中给出的细节。使用建立模型,模拟实现变形减少收缩和收缩过程的粘弹性的影响进行了分析。最后,提出了界面张力的一种新的评价方法。
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2.1。建模
在所有的多相模型LB方法,首次提出的伪势方法山和陈
72年由山和Doolen[]和改进
73年)是使用最广泛的由于它的简单性和通用性,因此本文采用。两个组件的分布函数,<我nline-formula>
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通过伪势力互动,描述多相流和形态进化导致下降。阐述了分布函数的控制方程在附录,方程(
a .)。这个词<我nline-formula>
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表示不同的组件之间的交互,产生自发的相分离(如图
1)。