聚合物中Case Ⅱ扩散与材料溶胀变形的耦合行为分析

立足于连续介质力学理论,建立了一套描述聚合物中CaseⅡ扩散与材料溶胀变形耦合行为的理论模型,其控制方程包括力-化学平衡状态方程、溶剂扩散方程和分子数守恒方程,以及反映聚合物力学行为时间依赖性的粘-超弹本构方程.将该理论方法用于分析两种材料体系的瞬态自由溶胀过程,探讨无约束情况下柱状和板状聚合物试样中发生单向CaseⅡ扩散的行为特征.结合适当的边界条件和初始条件,直接求解单向扩散的浓度场和应力/变形场函数,并将其分布、演变规律与实测结果进行对比,较充分验证了本文建立的聚合物溶胀耦合分析框架的有效性和适应性.这些结果丰富了CaseⅡ扩散相关的表征理论,可望为后续的薄膜设计、药物输送等实际应用场景提供重要支撑.

高分子体系中扩散过程的可视化研究

高分子体系中的扩散通常显示了反常扩散现象,为了理解其机理,建立该过程的可视化技术是必要的。今利用激光全息干涉技术来实现该目的,介绍了激光全息干涉技术的测量原理,并把它应用于甲基丙烯酸甲酯(MMA)在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的扩散过程的记录。通过对所得全息干涉图的处理,得到了浓度场分布;由于全息干涉的优势,它还能分辩出扩散前沿(即被小分子物质溶胀部分与未被溶胀的高分子本体的分界面)。通过分析可以知道,MMA在PMMA中的扩散显示了CaseII的一些扩散特点,即其累积的扩散浓度随时间线性增加以及其扩散前沿以恒定的速度前进,但它又不完全是CaseII扩散,因为在扩散前沿后部的橡胶态中浓度并不完全相同。因此,全息干涉技术可以实现扩散过程的可视化,特别对于高分子体系这种高粘体系,很容易出现局部的不均匀性,这样其它的一些测量方法可能无法区别开来这个不均匀性和由于扩散过程所导致的不均匀性(分布),而在全息干涉技术上则可以区别开这两者。因此它避开了可能引起的测量误差,同时它还不破坏测量场,是一种无损检测。