聚合物取向结构的叉指电容检测方法

论文摘要

聚合物及其复合材料的力学和光学性能很大程度上取决于高分子链和纤维填料的取向。常用的取向检测方法如双折射、X射线散射、红外二色性等,由于穿透能力有限、设备昂贵、操作复杂,难以实现成型过程中聚合物取向结构的检测。针对此科学问题,本文提出了一种新的叉指电容-取向检测方法,在叉指电容设计、取向模型验证和实际应用等方面,开展了以下工作:首先,通过有限元模拟选定了叉指电容和介电常数的最优解析模型——Rui模型,完成了叉指电容灵敏度及穿透深度的分析。最终选择了金属化比为0.5、且电极数目小于50的叉指电极,保证穿透深度的同时获得更高的介电常数响应灵敏度。其次,建立了纤维增强复合材料的介电-取向模型,并在Rui模型的基础上,获得了叉指电容和纤维取向的理论关系。通过测量不同取向角时碳纤维增强聚醚醚酮板的叉指电容,验证了叉指电容-取向检测方法在静态测量中的可行性。电容测量结果和取向模型结果的拟合决定系数达0.99,取向角测量的平均误差小于3%。进一步地,搭建了流变-介电实验平台并测量了稳态流场中碳纤维/硅油悬浊液的叉指电容响应。分析了悬浊液中纤维的取向张量及其影响因素后,发现叉指电容测量结果和取向张量随时间变化的趋势较为一致,验证了叉指电容测量复杂流体取向结构的可行性。最后,研究了叉指电容传感器在注塑过程中的应用。在静态校正后,通过短射实验研究了聚苯乙烯介电性能的变化规律,确定了熔体的流动取向导致介电性能变化的区间。通过改变注射速度,发现聚苯乙烯的介电各向异性随着注射速度的增加而增加,与分子链剪切取向程度变化的趋势一致,初步说明该传感器可用于聚合物熔体剪切取向的表征。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 叶庆莹

导师: 周华民,张云,王云明

关键词: 叉指电容,介电各向异性,取向测量,聚合物

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 华中科技大学

基金: 2016年国家自然科学基金重点项目:聚合物光学产品成型过程宏观形变与介观结构的一体化在线调控(51635006)

分类号: O434.19;O631

总页数: 83

文件大小: 3505K

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