基板滴落法测量高聚物稀溶液的拉伸流变

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随着地质、化工、生物医学、国防航天和高分子材料加工等领域的发展,流变学的研究变得愈发的重要。在高分子流变学、悬浮液流变学、工业流变学、生物流变学以及固体流变学等流变学的研究中,高分子流变学的研究占重要性地位。测量和利用高聚物拉伸流变学仍然是具有挑战性的课题,高聚物稀溶液拉伸流变测定的仪器开发难度较大,商业化进程缓慢,至今还未达到普遍应用的程度。在纺丝流变学,喷墨打印等工业流变学以及食品流变学等方面,需要对于稀溶液的拉伸流动性质进行一个准确的、灵敏的表征。因此,对稀溶液的拉伸流变学研究具有重要的意义和应用前景。本课题主要是针对剪切黏度较小的高聚物稀溶液的拉伸流变学研究。为了研究剪切黏度小于50 m Pa·s的高聚物稀溶液拉伸流变学,我们搭建了基板滴落(DoS)拉伸流变仪。在仪器搭建完成后,为了保证仪器的成功运行及其重复性测试,在多次实验中确定了仪器的合理参数。DoS的独特优势包括明显改善了其他设备在测试过程中带来的惯性震荡问题,并且可以观察到惯性-毛细管机制/黏性-毛细管机制到弹性-毛细管机制的过渡和弹性-毛细管机制到末端黏弹性-毛细管机制的过渡,以及可以测得更小的松弛时间等。目前该仪器已经能较好的进行高聚物稀溶液的拉伸流变学测试,后续针对一些特定的高聚物稀溶液,研究了其破裂动力学以及拉伸流变学。本文简要介绍了高聚物稀溶液和拉伸流变的基本概念;概括了拉伸流变的基本测定装置和技术;详细介绍了基板滴落技术并进一步讨论了利用该技术测定的黏弹性流体的拉伸流变实验。实验中首先使用了不同分子量不同浓度的聚氧化乙烯溶液,利用基板滴落法拉伸流变仪做了拉伸流变实验,得到了拉伸黏度与拉伸松弛时间与浓度和分子量的依赖关系。针对一种新型的遥爪缔合聚合物CouTAP溶液,对DoS装置的反应系统做了改进,新增紫外灯光源作为新的反应系统。发现了CouTAP溶液样品本身非常适合DoS装置。随着二聚度的提高,整个拉伸过程出现了不同的破裂动力学现象。我们不仅能观察到D0和D0.28的单纯惯性-毛细管力阶段现象,随着二聚度的提高,还可以看到样品溶液从惯性-毛细管力阶段到弹性-毛细管力阶段的转变。在针对单层氧化石墨烯水相分散液的拉伸流变学研究时,可以发现其拉伸过程的演化机制符合幂律机制的拉伸过程,并且在剪切实验中得到了该样品的屈服应力曲线。对该样品流变性能的研究,能帮助我们更好理解单层氧化石墨烯的作为屈服应力流体的拉伸现象。
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