近年來(lái)，聚合物共混物在石油、半導體、纖維、納米過(guò)濾、印刷等工業(yè)領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。通過(guò)對兩種或兩種以上聚合物共混改性可以實(shí)現對聚合物的性能優(yōu)勢互補、改善某一性能或引入特殊性能。在聚合物的組成確定后，聚合物共混物的性能，不僅取決于每種聚合物組分的性能，還取決于其內部微觀(guān)結構、加工條件和相容性，而界面張力則是決定組分間相容性的一個(gè)代表性參數。因此，準確測量聚合物之間的界面張力對于預測和控制聚合物共混物的微觀(guān)結構和宏觀(guān)性能具有重要意義。然而，盡管非牛頓流體的界面張力測量應用較為普遍，但在實(shí)際的工程應用中，由于聚合物在高溫狀態(tài)下具有黏彈性，在實(shí)驗過(guò)程中，需要消除黏彈性對界面張力測量的影響。因此，通過(guò)實(shí)驗方法準確測量聚合物間的界面張力值仍具有挑戰性。

迄今為止，實(shí)驗測量聚合物共混物的方法主要分為三大類(lèi)：靜態(tài)方法、動(dòng)力學(xué)方法和流變學(xué)方法。靜態(tài)方法包括懸垂液法、固著(zhù)液滴法等。靜態(tài)方法利用平衡的原理，它需要準確測量?jì)煞N材料的密度差，難以保證測量準確。并且靜態(tài)方法一般適用于系統黏度較低的情況，對于黏度較大的聚合物系統，達到平衡的時(shí)間相當長(cháng)，因此還面臨著(zhù)熱降解的風(fēng)險。動(dòng)力學(xué)方法包括斷裂絲線(xiàn)法、嵌入纖維回縮法、變形液滴回縮法以及在此基礎上的改進(jìn)方法。在受到流場(chǎng)作用時(shí)，共混熔融體的分散相小液滴會(huì )逐漸變?yōu)闄E球形，最后變成球形。這一變形過(guò)程很大程度上決定了共混物的流變學(xué)性能。通過(guò)對液滴從橢球形縮回成球形這一過(guò)程進(jìn)行分析計算，可以預測組分之間的界面張力。動(dòng)力學(xué)方法利用了界面力與熱擾動(dòng)等其他因素之間的平衡，該方法能克服靜態(tài)方法的不足。然而，現有動(dòng)態(tài)學(xué)方法的基本理論只對純黏性流體有效，若應用于聚合物，動(dòng)態(tài)方法將產(chǎn)生難以預估的誤差。流變學(xué)方法運用較少。上述測定界面張力的方法中，橢球回縮法被認為是最準確的，這是因為液滴在初始小形變時(shí)的形狀嚴格符合動(dòng)力學(xué)模型。在以往的研究中，許多學(xué)者已經(jīng)對黏彈體系液滴形變和界面張力的測量有了一定的實(shí)驗和理論研究，但是由于實(shí)驗條件、數據處理等方面的限制，這些探索還有一些局限性。為了更好地支持現有的實(shí)驗理論和分析，完善實(shí)驗方法，采用數值模擬技術(shù)，有針對性地對液滴變形行為以及界面張力的測量進(jìn)行研究，與實(shí)驗理論互相補充與驗證。

前期研究過(guò)程中，運用數值模擬技術(shù)及流體相關(guān)理論，對聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系進(jìn)行了定性分析。同時(shí)通過(guò)改進(jìn)、優(yōu)化實(shí)驗裝置，采用橢球液滴回縮法測量了茂金屬催化的乙烯-辛烯共聚物（metallocene catalyzed polymers of ethylene and octene，POE）/聚苯乙烯（polystyrene，PS）體系的界面張力，結合數值仿真技術(shù)對液滴形變模型進(jìn)行了相應的驗證，對液滴在流場(chǎng)中的行為和形變規律進(jìn)行了進(jìn)一步探索。上述研究整體上完善了對液滴變形行為的描述方法，進(jìn)一步驗證了數值仿真模型的可靠性。

1實(shí)驗部分

1.1材料及設備

主要材料：POE（牌號Engage8150，辛烯含量為25%，Du Pont Elastomer公司）；PS［牌號MC3100，雪佛龍化工（張家港）有限公司］。材料零剪切黏度（η0）及黏度比（p）見(jiàn)表1。

表1不同溫度下POE和PS的零剪切黏度和黏度比

實(shí)驗設備：數碼攝像機，大恒MER-132-30GC，幀率為30幀/s；光學(xué)鏡頭，DH110-04F28X，放大倍數，4X；圖像采集軟件，Daheng Galaxy Viewer；加熱臺；移相觸發(fā)溫控臺，溫度范圍20~450℃；干燥箱，蘇泊儀器有限公司電熱恒溫干燥箱，溫度10~300℃；紅外測溫儀，得力DL333600，-40~600℃；探針式溫度計，邦弗JR-9919工業(yè)溫度計；光學(xué)平臺，卓立漢光SRP10-08。上述設備按圖1放置、安裝。

圖1實(shí)驗裝置示意圖

1.2實(shí)驗方法

將玻璃器皿放置在加熱臺上，對實(shí)驗材料進(jìn)行熔化、退火、加熱等操作。用數碼攝像機搭載光學(xué)鏡頭拍攝全過(guò)程，用圖像收集軟件Daheng Galaxy Viewer收集所得圖像。

1.3實(shí)驗過(guò)程

PS由3D打印機制成直徑為1~2 mm，長(cháng)度為5 mm的細絲。POE在50℃干燥機中干燥24 h，直至開(kāi)始實(shí)驗。稱(chēng)量27 g POE顆粒，平鋪于直徑為70 mm的玻璃器皿中，加熱臺溫度設置為120℃，熔融POE直至顆粒完全熔化，基質(zhì)POE厚度約為8 mm。將PS細絲放入POE基質(zhì)中，停留10 min，退火處理，使PS細絲與POE基質(zhì)充分接觸，消除氣泡及殘余應力。退火結束后，將溫度升至實(shí)驗溫度230℃，通過(guò)工業(yè)相機觀(guān)察實(shí)驗過(guò)程。從退火完成開(kāi)始計時(shí)，直至液滴形態(tài)呈現出球形時(shí)結束。

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——實(shí)驗

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——數值模擬

定性分析聚合物界面張力與系統黏度比之間的關(guān)系——數值仿真結果、結論