聚合反应挤出过程的数学描述及数值模拟进展.pdfVIP

维普资讯 第21卷第2期 高分子材料科学与工程 v。1．21，N。．2 2005年 3月 POIYMER MATERIALSSCIENCEAND ENGINEERING Mar．2005 聚合反应挤出过程的数学描述及数值模拟进展 张国芳 ，‘贾玉玺 ，吴莉莉 ，‘安立佳 ， (1．山东大学材料科学与工程学院。山东 济南 250061 2．中国科学院长睿应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室，吉林 长春 130022) 摘要：聚合反应挤出是反应、流动、传热等相互影响的过程，具有多学科交叉的特点。文中从数学的角度， 描述 了聚合反应挤 出过程 。评速 了试过程数值模拟的研究现状，并展望了其发展趋势． 关键词：高分子；反应加工 ；评述 ；数学描述 ；数值模拟 中圈分类号 ：TQ320．663 文献标识码 ：A 文章编号：1000—7555(2005)02—0033—04 聚合反应挤出是指以挤出机作为反应器， 式 中：广—— 单 位质量 流 体 的体力；—— 将反应物系在一定条件下连续挤 出，并完成预 Cauchy应力张量；户——流体压力。 定的聚合反应的过程。与传统的聚合技术相 比， 3)温度方程Ds,14] 聚合反应挤出技术具有温控条件好、能生产粘 pc (dT／dt)一是 T + S (3) 度高以及有相变的聚合物，产品性能均一且灵 式 中：C——等压 比热容；丁—— 热力学温度； 活性大等优点 ，具有 良好的发展前景[1叫¨。 走——热传导系数；s——粘性耗散热和聚合反 从科学的角度看 ，在聚合反应挤出过程中， 应热等内部生成热的强度。 扩散限制的化学反应、伴随化学反应的多相聚 4)化学流变本构方程：为了描写材料的表 合物体系形态生成与演变、拖曳与压力组合的 观粘度 与剪切速率 的关系，可以采用Car— 流动 、伴随强制流动的传热等过程相互影响，导 reau公式[1。] 致现场、实时研究上述科学问题非常困难。从技 一 a／(1+6)，) (4) 术的角度看 ，能够采用聚合反应挤出的体系应 式 中：n，6，c——三个待定参数，可以通过外推 具备聚合速率高且可控、满足传热要求、单体转 法确定。 化率高等前提[1z]。 高分子材料体系的零剪切粘度 与重均 本文从数学的角度 ，描述了聚合反应挤出 分子量 之间的关系，可以用 Fox—Flory公 过程 ，评述了该过程数值模拟的研究现状，并展 式描述 望了其发展趋势。 fK 矾 矾 ≤ 701K矾s．·矾 1 过程的数学描述 式 中：Me表示临界缠结分子量 ；K ，Kz——与 1)连续性方程[1S-14] 温度及分子结构相关的材料常数 。若考虑体系 (ap／~)+ (|D )一 0 (1) 粘度 的温度依赖性 ，可用 Arrhenius方程描 式中：ID——流体的密度；￡——时间；——速度 述 ] 矢量 。 7o(丁)一 K exp(E ／R 丁) (6) 2)运动方程[13d4