增强塑料是由树脂基体和增强填料构成的多相体系，其性能取决于基体和填料的性能，填料的比表面积和与基体的界面特性，填料的形态，包括形状和尺度、取向和分布等。加工过程影响填料的形态，例如纤维和片状等非球形粒子会在流场中取向、变形甚至破碎。纤维悬浮体系有高度的非线性力学性质，对其流变性能的实验测定和理论描述都较困难。尤其是长纤维悬浮体系，长纤维除了象短纤维一样旋转和取向，还容易发生变形和破碎。如果能数值模拟加工过程中纤维的取向、变形与破裂，就能预测复合材料及其制品的性能，进而指导生产。因此纤维悬浮体系流变性能的研究一直是一个重要课题。对于纤维悬浮体系流变过程的模拟，常用的数值方法分为平均场理论和粒子动力学理论两大类，前者适用于刚性短纤维悬浮体系，后者适用于长柔性纤维悬浮体系。在本论文中，我们采用粒子动力学模型模拟了长柔性纤维悬浮体系在简单剪切流场中的流变行为，并首次全面地讨论了长纤维在流场中的变形和断裂现象。用类似的方法，我们初步研究了片状粒子在简单剪切流场中的运动规律，并讨论了聚合物/蒙脱土(MMT)纳米复合材料在剪切流场中MMT粒子的剥离机理。 l、对针状链模型的改进。 首先采用粒子动力学模型考察单根长纤维在简单剪切流场中的运动规律，发现单元越小，准确性越高，但耗时越长：单元越大，耗时越短，但准确性降低。模拟结果表明存在一个最佳单元同时满足这两方面的要求，即在尽可能短的时间内得到准确性较高的结果。最佳单元与相对流场强度、纤维的长度和纤维的方向等有关，流场越强、纤维越长或者纤维与流动和剪切平面之间的夹角越小，最优化单元就应该越小。通过拟合得到的一个确定单元的长度公式如下：其中N是单元的表观长径比，r<,c>是弯曲临界长径比，r<,e>是纤维长径比，θ是纤维与流动和剪切平面之间的夹角，C<,r>是拟合系数。 2、柔性长纤维悬浮体系在简单剪切流场中的流变行为。 本文首次全面地研究了柔性长纤维悬浮体系在简单剪切流场中的流变性能以及纤维的形态变化规律。实验与计算结果均表明，柔性长纤维在剪切流场中除了平移和旋转外，当纤维处在受压的角度时如果受到的压力超过纤维的强度会使纤维弯曲变形，如果变形造成的曲率半径超过一个临界值就使纤维断裂；纤维继续旋转到受拉的角度时将在拉力作用下被拉直；如果纤维有可能继续旋转就会重复上面的过程。与这种形态变化过程相对应，出现了有规律的断裂过程：首先部分纤维发生断裂，随后是一段与长纤维的l/2旋转周期对应的很少出现断裂的平其中N是单元的表观长径比，r<,c>是弯曲临界长径比，r<,e>是纤维长径比，θ是纤维与流动和剪切平面之间的夹角，C<,r>是拟合系数。 台时间，最后纤维再次出现大量的断裂。在一定的时间内，纤维的长度分布呈现“双峰”形状。“纤维-流体”之间的相互作用是纤维发生断裂的主要原因，纤维的长度、浓度以及相对流场强度都能影响纤维的断裂情况。流场越强，纤维越容易发生断裂。在一定的浓度范围内，相同的流场条件下，较短的纤维悬浮体系中纤维的断裂可能性随着浓度的提高而增加，而较长的纤维悬浮体系则相反，纤维断裂的可能性随着浓度的提高而下降。3、片状粒子在简单剪切流场中的运动规律。 片状粒子与纤维状粒子形状截然相反，但运动规律类似。本文通过考察尼龙1212／MMT纳米复合材料在不同剪切速率下长时间共混时MMT粒子的形态变化，研究片状粒子在剪切流场中的运动规律。PAl212／MMT纳米复合材料在熔融加工过程中得到插层型和剥离型结构。在我们的实验中，流场强度越高，剥离后产生的片层粒子尺寸越小。经过受力分析，发现粒子在简单剪切流场中平移、旋转和翻转，与纤维类似，存在一个发生弯曲的临界尺寸。据实验所得的TEM照片，我们推测在剪切流场中MMT晶粒首先被插层，而后的剥离经历了一个由外及内，逐渐剥离的过程。下式可用来估算制品中MMT片层的大小：其中h是片层厚度，γ是临界长径比，L<,c>是临界宽厚比。在不同剪切速率下的估算值基本符合由实验得出的结果。 4、EPDM橡胶密封件挤出过程的模拟 采用计算流体力学软件Polyflow对一种典型的EPDM胶料的挤出过程进行了模拟研究。计算结果表明，牵引速率对密封条的挤出形状有很大的影响。固定产品形状，在相同入口流量的情况下，牵引速率在1.2～1.6vo的范围内(v<,o>是口模出口处速度)，通过逆向挤出口模设计分析，得出了流量、牵引速率等与挤出物横截面积A的关系，即随着牵引速率的增大，预测的口模形状增大。研究结果表明，预测得到的口模形状比较合理，符合生产要求。在这些预测结果基础上，本文提出了一种口模的修正方法。