国家自然科学重大基金共享.doc

文档介绍：重大项目
项目名称:聚合物材料加工过程的数值模拟研究
项目类别
申报学科代码1
科学部编号
E
E03
国家自然科学基金
申请书
项目名称:聚合物反应加工过程的计算机模拟与仿真

申请者:王秀忠
所在单位:山东大学
邮政编码:250061
通讯地址:山东省济南市经十路73号
电话:[phone]
传真:[phone]
申请日期:2002年7月15日
国家自然科学基金委员会
一九九七年制

研
究
内
容
和
意
义
摘
要
借
助
MC
方
法
、
含
时
GL
方
程
、
本
构
方
程
及
数
值
分
析
方
法
,
模
拟
反
应
加
工
中
分
子
反
应
动
力
学
、
伴
随
反
应
的
形
态
生
成
、
耦
合
反
应
的
流
体
流
动
及
拉
伸
与
吹
塑
成
型
等
过
程
。
在
高
温
、
高
压
、
高
剪
切
与
高
粘
度
下
,
确
立
聚
合
与
降
解
反
应
机
理
,
建
立
耦
合
反
应
的
形
态
生
成
与
流
体
流
动
模
型
,
研
制
成
型
加
工
过
程
仿
真
软
件
。
实
现
反
应
加
工
过
程
从
微
观
机
理
到
介
观
结
构
到
宏
观
性
能
的
优
化
与
控
制
。
主题词
1. 主题词数量不多于三个;2. 主题词之间空一格(英文用/分隔)。
中文
聚
合
物
反
应
加
工
计
算
机
模
拟
与
仿
真
英文
Polymer / Reactive Processing / Computer Simulation and Emulation

二、立论依据
(包括项目的研究意义、国内外研究现状分析,并附主要参考文献及出处)
对基础研究,着重结合国际科学发展趋势,论述项目的科学意义;
对应用基础研究,着重结合学科前沿、围绕国民经济和社会发展中的重要科技问题,论述其应用情景。
众所周知,聚合物反应加工是在挤出型反应器中进行的。在此过程中,化学反应、伴随化学反应的形态生成和流体流动等过程基本上是在封闭状态下进行的;且体系通常处于高温、高压和高剪切条件下,并伴随粘度在瞬间内可能发生突变等,因此,给现场、实时研究体系的化学反应动力学与反应机理、伴随化学反应发生的形态生成动力学过程以及流体流动行为带来了不可逾越的困难。目前,虽然一些研究者研制出在线检测装置[1],并在研究反应加工过程中化学反应动力学和形态结构的生成与演变等方面取得了一些相当有科学意义的结果,但是,仍很难达到现场调控聚合物反应加工过程的目的。
随着计算机科学与技术的飞速发展,人们自然而然就想到是否可以通过有限有价值的在线检测实验数据,建立适当的数理模型与方程,并把化学反应过程用恰当的数学与物理语言在模型中表述,从而借助数值模拟的方法在计算机上实现复杂化学与物理条件下,反应加工过程中化学反应(聚合反应和降解)动力学与机理、(伴随化学反应)形态生成与演变、(耦合化学反应)复杂流体的流动以及后加工与成型过程的计算机模拟与仿真。这正是本申请项目的主要研究目标与目的。
在通常条件下(如:溶液和本体中的自由基、阴(阳)离子引发聚合反应等),对聚合反应动力学和反应机理的研究,人们已经有了很深入的认识,并且可以借助聚合反应动力学和反应机理方面的知识,控制聚合反应过程,为聚合物材料合成工业提供明确的理论指导。但是,由于实验上的困难,对于聚合物反应加工条件下(如:高温、高压、高剪切、高粘度下发生的界面聚合、接枝或嵌段聚合以及降解反应),分子反应动力学和反应机理方面的报导并不多见,那么,在如此复杂的外部条件下,聚合(均聚和共聚等)和降解反应的分子动力学与反应机理是否仍然遵循通常条件下的规律?如果不是,情况又将怎样?本申请的第一个研究内容—聚合物反应加工中反应机理与分子反应动力学的计算机模拟研究,就是要借助计算机模仿聚合物反应加工条件下,物理环境对化学反应(均聚、接枝或嵌段共聚以及降解反应等)动力学机理的影响,并与间接获得的实验数据进行比较,从而完善计算机模拟的数理模型,实现分子水平上探讨聚合物反应加工过程化学反应动力学和反应机理的目的,为反应加工过程中化学反应的控制及分子参数的优化提供科学的依据。
借助自洽场方法与含时Ginzburg-Land