超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法及流变测试分析方法技术

超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法及流变测试分析方法，属于材料分析技术领域。本发明专利技术为了解决目前无法获得高木质纤维含量填充的木塑复合材料的流变特性数据。的问题。本发明专利技术针对超高填充木塑复合材料的熔体，将熔体在单轴压缩过程中的连续变形过程类比为应力连续变化的蠕变过程；将压缩过程进行微分，分解为多个持续时间非常短暂的过程，将微分过后的每个过程的应力近似为不变的；然后根据玻尔兹曼叠加原理将每个过程产生的应变利用蠕变表达式进行叠加，得到应力连续变化的压缩过程的应变表达式，即压缩流变模型。然后利用压缩流变模型实现高填充木塑复合材料的流变测试分析。主要用于超高填充木塑复合材料的流变模型建立和流变测试分析。流变模型建立和流变测试分析。流变模型建立和流变测试分析。

【技术实现步骤摘要】
超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法及流变测试分析方法


[0001]本专利技术涉及填充木塑复合材料的建模及测试分析方法，属于材料分析


技术介绍

[0002]目前，市场上主流木塑复合材料(WPC)的木质纤维填充量在65％左右。进一步发展高木质纤维含量填充的木塑复合材料(HWPC)不仅能够显著降低石油基聚合物用量、减少碳排放，而且能够有效降低生产成本、提高企业利润，是WPC产业未来重要发展方向。然而，高的木质纤维含量会给WPC的生产带来一系列问题：原料混合不均匀、熔体流动性变差、黏度增加、成型困难等等，会直接影响产品的生产效率和质量，而这些问题与HWPC的加工特性即熔体的流变特性密切相关。所以，想要高效率的生产质量稳定的HWPC产品，首先要掌握HWPC的流变学特性。
[0003]目前常用的常规流变学测试仪器有转矩流变仪、旋转流变仪、毛细管流变仪等，但这些仪器只能对一些填充量较低、流动性较好的复合材料进行流变学表征。以WPC为例，当木粉含量超过60％时，熔体特性由“类液体”转变为“类固体”，甚至转变为“准固体”，流动性变差，结构更加复杂。上述常规流变测试仪器在对HWPC进行流变测试时存在一定的局限，例如：1.物料会在转矩流变仪的腔室中出现打滑、被包覆在转子上无法进行混合交换、无法熔融共混等现象；2.由于在熔融状态下具有极强的“准固体”特性，HWPC试样利用旋转流变仪进行测试时会与夹板之间发生打滑现象(即使是锯齿夹板，也只是在试件上留下划痕，而无法进行有效流变测试)；3.由于HWPC物料流动性差且“类固体”特性强，利用毛细管流变仪进行测试时会损伤其模口。因此，无法用常规流变测试仪器获得HWPC准确的黏度、模量、阻尼等流变特性数据。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决目前无法获得高木质纤维含量填充的木塑复合材料的流变特性数据。的问题。
[0005]超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法，包括以下步骤：
[0006]针对超高填充木塑复合材料的熔体，将熔体在单轴压缩过程中的连续变形过程类比为应力连续变化的蠕变过程；将压缩过程进行微分，分解为多个持续时间非常短暂的过程，将微分过后的每个过程的应力近似为不变的；然后根据玻尔兹曼叠加原理将每个过程产生的应变利用蠕变表达式进行叠加，得到应力连续变化的压缩过程的应变表达式，即压缩流变模型。
[0007]进一步地，流变模型建立的具体过程如下：
[0008]首先，假设在t
a
时刻增加载荷Δσ
a
，载荷就是施加的应力，则载荷Δσ
a
从t
a
到t产生的应变为：
[0009]ε(t
a
→
t)＝Δσ
a
J(t
‑
t
a
)
[0010]其中，J为蠕变柔量；
[0011]在蠕变过程中：
[0012][0013]j＝1/E1[0014]ψ(t)＝(1
‑
e
‑
t/τ
)/E3[0015]其中，τ为Maxwell模型的松弛时间；
[0016]以此类推，在t时之前增加的每一个载荷在t时刻产生的应变依次为：
[0017]ε(t1→
t)＝Δσ1J(t
‑
t1)
[0018]ε(t2→
t)＝Δσ2J(t
‑
t2)
[0019]ε(t3→
t)＝Δσ3J(t
‑
t3)
[0020]…
[0021]ε(t
n
→
t)＝Δσ
n
J(t
‑
t
n
)
[0022]则在t时刻额外增加的应力产生的总变形为：
[0023][0024]其中，σ为应力，ε为应变，E为模量，η为黏度，参数的角标用于表示对应的参数在各个施加载荷阶段所对应的参数；
[0025]根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立压缩流变模型。
[0026]进一步地，根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立单轴压缩实验卸载过程压缩流变模型，具体过程包括以下步骤：
[0027]卸载过程中，对应力从最大值减小到0的过程，将卸载过程的时间分为n个时间段，将载荷变化的时间记为t0、t1、t2、t3……
t
n
，相应的在各个时间点增加的载荷记为σ0、σ1、σ2、σ3……
σ
n
；其中t0＝0，σ0＝0；
[0028]根据以上分析，各个时间增加的载荷在整个卸载过程中产生的应变为：
[0029][0030][0031][0032]…
[0033][0034]将UWFPE熔体单轴压缩实验卸载阶段分为弹性响应部分和黏弹性响应部分；其中，弹性响应部分的应变：
[0035][0036]黏弹性响应部分的应变：
[0037][0038]进而得到压缩卸载阶段的压缩流变表达式：
[0039]ε(t)＝ε(e)+ε(ve)
[0040]其中，ε(e)为弹性形变，ε(ve)为黏弹性形变。
[0041]进一步地，根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立单轴压缩实验加载过程压缩流变模型，具体过程包括以下步骤：
[0042]加载阶段的应变分析应用Burgers四原件模型进行表达；
[0043]对Burgers模型施加一个恒定应力σ，则t时刻模型的应变为：
[0044][0045]加载阶段的类比蠕变过程分为弹性响应部分、黏弹性响应部分和黏性响应部分；其中，弹性响应部分的应变：
[0046][0047]黏弹性响应部分的应变：
[0048][0049]黏性响应部分的应变：
[0050][0051]UWFPE熔体单轴压缩实验加载阶段的压缩流变表达式为：
[0052]ε(t)＝ε(e)+ε(ve)+ε(v)。
[0053]高填充木塑复合材料的流变测试分析方法，包括以下步骤：
[0054]首先获取Maxwell模型的黏性变形阶段的黏度值，也就得到了Burgers模型中Maxwell模型部分黏性元件的黏度的初始值；
[0055]Burgers模型是由Maxwell模型和Kelvin模型串联起来组成的；
[0056]然后获取Kelvin模型中的模量和黏度值，也就得到了Burgers模型中Kelvin模型部分黏性元件的黏度初始值；
[0057]根据Burgers模型的初始值确定加载阶段和卸载阶段压缩流变表达式的初始值，进而利用SAPSS结合实验数据对含有初始值的加载阶段和卸载阶段压缩流变表达式进行非线性回归计算，得到符合高填充木塑复合材料熔体压缩过程中加载阶段和卸载阶段压缩流
变表达式中每个参数的真实值，根据压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：针对超高填充木塑复合材料的熔体，将熔体在单轴压缩过程中的连续变形过程类比为应力连续变化的蠕变过程；将压缩过程进行微分，分解为多个持续时间非常短暂的过程，将微分过后的每个过程的应力近似为不变的；然后根据玻尔兹曼叠加原理将每个过程产生的应变利用蠕变表达式进行叠加，得到应力连续变化的压缩过程的应变表达式，即压缩流变模型。2.根据权利要求1所述的超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法，其特征在于，流变模型建立的具体过程如下：首先，假设在t
a
时刻增加载荷Δσ
a
，载荷就是施加的应力，则载荷Δσ
a
从t
a
到t产生的应变为：ε(t
a
→
t)＝Δσ
a
J(t
‑
t
a
)其中，J为蠕变柔量；在蠕变过程中：j＝1/E1ψ(t)＝(1
‑
e
‑
t/τ
)/E3其中，τ为Maxwell模型的松弛时间；以此类推，在t时之前增加的每一个载荷在t时刻产生的应变依次为：ε(t1→
t)＝Δσ1J(t
‑
t1)ε(t2→
t)＝Δσ2J(t
‑
t2)ε(t3→
t)＝Δσ3J(t
‑
t3)
…
ε(t
n
→
t)＝Δσ
n
J(t
‑
t
n
)则在t时刻额外增加的应力产生的总变形为：其中，σ为应力，ε为应变，E为模量，η为黏度，参数的角标用于表示对应的参数在各个施加载荷阶段所对应的参数；根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立压缩流变模型。3.根据权利要求2所述的超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法，其特征在于，根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立单轴压缩实验卸载过程压缩流变模型，具体过程包括以下步骤：卸载过程中，对应力从最大值减小到0的过程，将卸载过程的时间分为n个时间段，将载荷变化的时间记为t0、t1、t2、t3……
t
n
，相应的在各个时间点增加的载荷记为σ0、σ1、σ2、σ3……
σ
n
；其中t0＝0，σ0＝0；根据以上分析，各个时间增加的载荷在整个卸载过程中产生的应变为：
…
将UwFPE熔体单轴压缩实验卸载阶段分为弹性响应部分和黏弹性响应部分；其中，弹性响应部分的应变：黏弹性响应部分的应变：进而得到压缩卸载阶段的压缩流变表达式：ε(t)＝ε(e)+ε(ve)其中，ε(e)为弹性形变，ε(ve)为黏弹性形变。4.根据权利要求3所述的超高填充木塑复合材料的流变模型建立方法，其特征在于，根据每一个载荷在t时刻产生的应变以及t时刻额外增加的应力产生的总变形建立单轴压缩实验加载过程压缩流变模型，具体过程包括以下步骤：加载阶段的应变分析应用Burgers四原件模型进行表达；对Burgers模型施加一个恒定应力σ，则t时刻模型的应变为：加载...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海刚，傅海涛，王清文，王伟宏，谢延军，宋永明，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：