近年來，聚合物共混物在石油、半導體、纖維、納米過濾、印刷等工業(yè)領域的應用越來越廣泛。通過對兩種或兩種以上聚合物共混改性可以實現(xiàn)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(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)、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代表性參數(shù)。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結(jié)構(gòu)和宏觀性能具有重要意義。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，在實驗過程中，需要消除黏彈性對界面張力測量的影響。因此，通過實驗方法準確測量聚合物間的界面張力值仍具有挑戰(zhàn)性。

迄今為止，實驗測量聚合物共混物的方法主要分為三大類：靜態(tài)方法、動力學方法和流變學方法。靜態(tài)方法包括懸垂液法、固著液滴法等。靜態(tài)方法利用平衡的原理，它需要準確測量兩種材料的密度差，難以保證測量準確。并且靜態(tài)方法一般適用于系統(tǒng)黏度較低的情況，對于黏度較大的聚合物系統(tǒng)，達到平衡的時間相當長，因此還面臨著熱降解的風險。動力學方法包括斷裂絲線法、嵌入纖維回縮法、變形液滴回縮法以及在此基礎上的改進方法。在受到流場作用時，共混熔融體的分散相小液滴會逐漸變?yōu)闄E球形，最后變成球形。這一變形過程很大程度上決定了共混物的流變學性能。通過對液滴從橢球形縮回成球形這一過程進行分析計算，可以預測組分之間的界面張力。動力學方法利用了界面力與熱擾動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(xiàn)有動態(tài)學方法的基本理論只對純黏性流體有效，若應用于聚合物，動態(tài)方法將產(chǎn)生難以預估的誤差。流變學方法運用較少。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的形狀嚴格符合動力學模型。在以往的研究中，許多學者已經(jīng)對黏彈體系液滴形變和界面張力的測量有了一定的實驗和理論研究，但是由于實驗條件、數(shù)據(jù)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(xiàn)有的實驗理論和分析，完善實驗方法，采用數(shù)值模擬技術，有針對性地對液滴變形行為以及界面張力的測量進行研究，與實驗理論互相補充與驗證。

前期研究過程中，運用數(shù)值模擬技術及流體相關理論，對聚合物界面張力與系統(tǒng)黏度比之間的關系進行了定性分析。同時通過改進、優(yōu)化實驗裝置，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(jié)合數(shù)值仿真技術對液滴形變模型進行了相應的驗證，對液滴在流場中的行為和形變規(guī)律進行了進一步探索。上述研究整體上完善了對液滴變形行為的描述方法，進一步驗證了數(shù)值仿真模型的可靠性。

1實驗部分

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）見表1。

表1不同溫度下POE和PS的零剪切黏度和黏度比

實驗設備：數(shù)碼攝像機，大恒MER-132-30GC，幀率為30幀/s；光學鏡頭，DH110-04F28X，放大倍數(shù)，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；光學平臺，卓立漢光SRP10-08。上述設備按圖1放置、安裝。

圖1實驗裝置示意圖

1.2實驗方法

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

1.3實驗過程

PS由3D打印機制成直徑為1~2 mm，長度為5 mm的細絲。POE在50℃干燥機中干燥24 h，直至開始實驗。稱量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(jié)束后，將溫度升至實驗溫度230℃，通過工業(yè)相機觀察實驗過程。從退火完成開始計時，直至液滴形態(tài)呈現(xiàn)出球形時結(jié)束。

定性分析聚合物界面張力與系統(tǒng)黏度比之間的關系——實驗

定性分析聚合物界面張力與系統(tǒng)黏度比之間的關系——數(shù)值模擬

定性分析聚合物界面張力與系統(tǒng)黏度比之間的關系——數(shù)值仿真結(jié)果、結(jié)論