聚碳硅烷熔体在振荡剪切下的响应

发布时间：2020-05-29 18:48

【摘要】：聚碳硅烷是制备具有高性能的连续碳化硅纤维和陶瓷基复合材料的重要原材料,熔融状态下的流变性能对聚碳硅烷的加工具有十分重要的意义。由于温度变化对聚碳硅烷的结构组成与性能影响显著,常规的流变测试方法不适用于聚碳硅烷熔体的测试,且目前对聚碳硅烷熔体动态流变性能的研究非常不成熟,因此,有必要通过探索并建立适合流变测试及分析的方法,来研究聚碳硅烷熔体的动态响应。本论文探索并确定了聚碳硅烷熔体试样的动态流变测试程序;在此基础上获得了聚碳硅烷熔体在角频率为0.005 rad/s～500 rad/s、应变为0.0001～1范围内的动态流变性能;确定了测试结果可重复的测试参数范围;分析了聚碳硅烷熔体在振荡剪切下的应变信号和应力响应信号,初步探讨了聚碳硅烷熔体的流变学模型。结果表明,在软化点为215 ℃的聚碳硅烷熔体流变实验中,重复性最佳的工艺条件是将试样升温至315 ℃并保温10 min,后降至295 ℃并保温5 min再进行测试。实验数据误差在10%以内的最佳测试参数范围是应变为0.001～1,角频率为0.1 rad/s～100 rad/s。当应变及角频率太小时,应力响应低于仪器有效量程;而应变及角频率太大时,应力响应无法重复。实验结果显示,虽然应力响应信号的主频与正弦应变频率一致,但存在相位差以及不可忽略的非正弦响应。分析结果表明,聚碳硅烷熔体是屈服流体。聚碳硅烷熔体在小应变下(0.005)具有线性粘弹性行为;中应变下(0.05)呈现非线性粘弹性行为;大应变时(≥0.5)时表现出屈服流体行为。因此流变仪的线性粘弹性模型不能真实描述聚碳硅烷的响应。
【图文】：

毛细管流变仪,毛细管,基本构造,示意图

率范围较广的特点，己然成为目前应用最广泛且成熟的流变仪，通常这类流变仪是用逡逑于测定聚合物的粘性，因此无法获取粘弹性聚合物的弹性响应［３３］。毛细管流变仪的基逡逑本构造截面图如图１．２所示，其核心部件为加压的柱塞、测量压力所用的压力传感器逡逑或负荷单元、以及限制样品流速的毛细管。毛细管流变仪的剪切速率测量范围通常为逡逑１０＿２至ｌＯｈ－１，聚合物在料筒内加热软化后由柱塞加压，从毛细管恒速挤出或恒压挤逡逑出，由于毛细管中样品的挤出速度和挤出压力是已知的，根据二者的关系可以计算出逡逑粘度参数。其配备的毛细管具有不同的长径比，通过改变毛细管的规格以及挤出物直逡逑径和外观来研宄熔体弹性及不稳定流动性为，，从而判断聚合物的加工性能。通常在毛逡逑细管挤出口能观察到的聚合物行为有挤出胀大和出口压力差不为零［３２］，当剪切速率过逡逑高时还有“熔体破裂现象”产生。逡逑ＦＫ＂４逦⑷逦Ｉ逦（ｂ）逡逑２逦－Ｍｒ－}0sE魏示}0逡逑Ｔ：１逦１逦柱塞逡逑｜鲁－８二：《逦灥！邋＾３—压力d铃义希叮蓿卞澹慑危⑽绿族义希剩瑁恚五螁-逡逑Ｌ邋Ｌ—＿长逡逑＊逦Ｉ逡逑图１．２毛细管流变仪的基本构造示意图Ｕ）毛细管流变仪示意图（ｂ）毛细管及逡逑压力传感器示意图逡逑３逡逑

曲线,旋转流变仪,剪切速率,聚合物流变学

－邋Ｊ■驱动马达逡逑马达~T控炉逡逑图１．３邋ＡＲＥＳ旋转流变仪实物图逡逑扁逡逑Ｊ逡逑丨邋Ｒ逡逑！邋ＫＲ逡逑Ｉ邋，邋１逡逑Ｉ邋Ｉ邋Ｌ逡逑⑷逦？逦（ｂ）逦；邋Ｒ逦（Ｃ）逦［＇逦＂逡逑图１．４旋转流变仪常用夹具横截示意面（ａ）同心圆筒（ｂ）锥板（ｃ）平行板逡逑１．２．２聚合物流变学模型逡逑流体根据粘度随剪切速率的变化通常可以分为牛顿流体和非牛顿流体，水是典型逡逑的牛顿流体，其切应力随剪切速率变化的理想方程是一条以原点为起点的斜直线，粘逡逑度为不会随剪切速率变化的常数即直线的斜率。而绝大多数聚合物流体则为非牛顿流逡逑体。非牛顿流体根据其粘度Ｔ！与剪切速率］＞的关系又可以分为假塑性流体、膨胀性流逡逑体和宾汉流体，图１．５为不同各类流体理论切应力－剪切速率曲线（ａ）和粘度－剪切速逡逑５逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O634.41

【参考文献】