含缺陷PVC板材热致磁效应研究

论文摘要

高分子材料由于其具有价格低廉、资源丰富、耐腐蚀、易加工等优点,在很多领域作为金属替代材料,对人们的生产与生活产生的影响越来越大。例如在汽车行业中,由聚四氟乙烯复合材料制成的轴承和活塞环,利用聚四氟乙烯分子间力很小、易滑移进入对摩件,以解决金属加工表面光洁度低、耐摩性差等问题；在建材行业中,玻璃纤维浸渍PTFE膜材具有防尘、自洁、轻便、防震、改善采光条件等优点,用于多功能体育设施等大型建筑屋顶和都市空间的拓展。但是由于高分子材料在加工制备、运输储存、服役过程中可能会存在或形成一些微缺陷(微孔洞、微裂纹、微夹杂等等),这样材料在受外界环境和荷载作用下,微缺陷将演化和发展并最终导致材料的损坏和破坏。以拉伸变形过程为例,在整个破坏过程中,由于试件发生变形产生了大量的热量,在流变损伤断裂过程区域会产生温度梯度场并伴随着电磁场的产生,这就是热致磁效应。在整个过程中,热致磁效应是参与整个能量守恒律的。欲对上述整个拉伸过程热致磁效应进行系统地研究,以及温度场和电磁场的变化规律研究,我们就要从宏观唯象理论和微观分子理论相结合加以分析。本文首先从热力学理论、电磁场理论和流变模型理论出发,考虑连续介质力学原理,得出了整个损伤断裂区域的热平衡方程、温度场方程和能量平衡方程。进而在理论上分别从宏观和微观两方面描述在整个拉伸断裂过程中热致磁效应产生的机理。更为重要的是运用项目组自主研发的高聚物热致磁效应全域测量系统,对含相同缺陷的高聚物材料试件在不同拉伸速率下以及含不同缺陷的试件在相同拉伸速率下在整个拉伸试验过程中产生的温度场和电磁场进行同步采集和测量,得出热致磁效应产生和发展的一般变化规律。本文工作为在复杂的环境下对高聚物材料结构的在线监测和无损诊断提供了方法和途径；对合理使用和设计新型材料提供新的理论和实验依据；对新型材料的寿命预测、安全生产、事故防范等具有重要的理论意义和工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 含缺陷高聚物材料研究的发展背景
• 1.2 高聚物材料热致磁效应的国内外研究现状
• 1.3 含缺陷高聚物材料热致磁效应研究的发展趋势
• 1.3.1 实验测量手段的创新
• 1.3.2 分形几何的应用
• 1.3.3 多尺度、多物理场耦合的统一
• 1.4 高聚物材料的特性
• 1.4.1 微观分子结构
• 1.4.2 高聚物的黏弹性
• 1.4.3 高聚物的流变破坏特性
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 高聚物热致磁效应的基本理论
• 2.1 热致磁存在性的微观定性解释
• 2.2 高聚物的非平衡态热力学问题
• 2.2.1 整体与局域平衡
• 2.2.2 局域平衡假说
• 2.3 电磁场的基础理论
• 2.4 高聚物的温度场理论
• 2.4.1 高聚物形变的热效应
• 2.4.2 高聚物形变的热平衡
• 2.5 高聚物热致磁效应的能量平衡原理
• 2.6 高聚物变形过程中的能量耗散
• 3 高聚物材料的流变性
• 3.1 高聚物材料的流变断裂
• 3.1.1 流变断裂的宏微观描述
• 3.1.2 断裂流变区的平衡方程
• 3.2 高聚物的本构方程及模型理论
• 3.2.1 本构理论与流变模型理论
• 3.2.2 流变模型的建立与本构方程的计算
• 3.2.3 流变学分子网络模型
• 4 热致磁效应测量系统的开发
• 4.1 硬件的开发
• 4.2 软件的开发
• 5 PVC试件拉伸试验
• 5.1 实验条件
• 5.1.1 实验材料的制备
• 5.1.2 实验设备
• 5.2 实验内容与实验方案
• 5.3 实验测试以及图像、图表数据分析
• 5.3.1 相同缺陷在不同拉伸速率下的红外热像图和电磁感应曲线
• 5.3.2 同一拉伸速率下不同缺陷的红外热像图和电磁感应曲线
• 5.3.3 拉伸试验的结果分析
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录A
• 致谢