【正文】 Controlled Morphology of PhaseSeparation Mixtures”, Phys. Rev. Lett., 74, 2034(1995). 9. B. Liu, C. Tong, and Y. Yang, “The Kiics and Phase Patterns in a Ternary Mixture Coupled with Chemical Reaction of A + B C”, J. Chem. Phys., 105, 10091(20xx). 10. C. Tong and Y. Yang, “PhaseSeparation Dynamics of a Ternary Mixture Coupled with Reversible Chemical Reaction”, J. Chem. Phys., 1519(20xx). 11. S. Wang, A. Makinouchi, M. Okamoto, T. Kotaka, T. Nakagawa, “Viscoplastic Modeling of ABS Material under HighStrainRate Uniaxial Elongational Deformation” J. Mater. Sci., 34, 5871(1999). 12. S. Wang, A. Makinouchi, T. Nakagawa, “ThreeDimensional Viscoplastic FEM Simulation of a Stretch Blow Molding Process” Adv. Polym. Techn., 17, 189(1998). ?1 ?1 三、研究方案 1. 研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 研究目標(biāo)： 1) 模擬復(fù)雜外場(chǎng)條件下（高溫、高壓、高剪切和高粘度），反應(yīng)擠出均聚、共聚（接枝和嵌段）以及降解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，認(rèn)識(shí)反應(yīng)加工過(guò)程中，聚合和降解反應(yīng)的分子機(jī)理，借助模擬結(jié)果，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)加工過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)的控制。 3) 模擬耦合化學(xué)反應(yīng)（均聚、共聚和降解反應(yīng)）的聚合物流體流 動(dòng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為的影響規(guī)律，建立復(fù)雜化學(xué)與物理?xiàng)l件下，聚合物流體的微觀理論模型，為擠出型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以及反應(yīng)加工條件的遴選提供可靠參數(shù)。 研究?jī)?nèi)容： (1) 分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算機(jī)模擬（與 0 02 和 03 課題合作） ? 在有限的反應(yīng)加工過(guò)程中反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建復(fù)雜外場(chǎng)情況下，均聚、共聚（接枝和嵌段）和降解反應(yīng)的數(shù)理模型 。 ? 在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上，建立反應(yīng)加工過(guò)程中聚合或降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程組，明確復(fù)雜外場(chǎng)條件（溫度、壓力、剪切和粘度）對(duì)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響規(guī)律。 ? 為伴隨化學(xué)反應(yīng)的多相聚合物體系形態(tài)生成與耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為的模擬，提供可靠的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程與機(jī)理。 ? 在合理定義序參量的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)值分析方法，離散伴隨聚合或降解反應(yīng)的含時(shí) GinzburgLandau方程，模擬其多相聚合物體系的形態(tài)生成與演變過(guò)程，闡明不同反應(yīng)類型對(duì)形態(tài)形成的影響 規(guī)律，明晰反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)形態(tài)生成與演變過(guò)程的調(diào)控機(jī)制。對(duì)反應(yīng)加工條件進(jìn)行仿真，探索反應(yīng)加工過(guò)程中，各種反應(yīng)類型及其外部條件對(duì)形態(tài)生成與演變的影響。 ? 借助“剪切激光光散射儀”等在線檢測(cè)方法，觀察準(zhǔn) 反應(yīng)加工條件下，伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的多相聚合物體系的形態(tài)生成和演變過(guò)程，與計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果進(jìn)行比較，完善伴隨聚合或降解反應(yīng)的含時(shí) GinzburgLandau 方程形態(tài)生成動(dòng)力學(xué)理論。 ? 借助數(shù)值分析方法和耦合化學(xué)反應(yīng)的流體力學(xué)本構(gòu)方程，計(jì)算機(jī)模擬偶合化學(xué)反應(yīng)的流體 流動(dòng)行為，揭示化學(xué)反應(yīng)類型對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為的影響規(guī)律。仿效反應(yīng)加工條件，理解不同化學(xué)反應(yīng)和物理環(huán)境對(duì)反應(yīng)加工過(guò)程中，復(fù)雜流體流動(dòng)行為的影響，并給出其規(guī)律性。給出聚合物反應(yīng)加工過(guò)程中調(diào)控流體流動(dòng)行為的規(guī)律。 ? 運(yùn)用拉伸流變儀（ MEISSNER 流變儀等），測(cè)量變溫度和變應(yīng)變速率時(shí)，反應(yīng)加工制備的聚合物材料樣品的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線，利用數(shù)值擬合原理處理不同溫度和不同應(yīng)變率的應(yīng)力應(yīng)變曲線，獲得應(yīng)變率、硬化指數(shù)和溫度的粘彈塑性本構(gòu)模型及本構(gòu)方程。 ? 借助雙向拉伸聚合物薄膜成型機(jī)及吹塑成型設(shè)備和總體工藝自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、薄膜橫向厚度自動(dòng)測(cè)量?jī)x，觀測(cè)不同溫度和成型速率下，制件或制品的厚度分布和缺陷點(diǎn)發(fā)生情況，并與模擬運(yùn)算得到的可視化運(yùn)算結(jié)果（應(yīng)力分布、應(yīng)變分布、厚度分布、缺陷點(diǎn)位置）相比照，修正反應(yīng)加工制備的聚合物材料的粘彈塑性本構(gòu)模型。 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題： (1) 建立反應(yīng)擠出均聚、共聚（接枝和嵌段）和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模型；構(gòu)建復(fù)雜外場(chǎng)條件及編寫相應(yīng)模擬程序；確立復(fù)雜外場(chǎng) 下體系化學(xué)反應(yīng)與混合過(guò)程中形態(tài)、界面結(jié)構(gòu)和聚合物鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演變規(guī)律 。 (3) 在剪切激光光散射儀基礎(chǔ)上，建立可靠的在線觀測(cè)反應(yīng)加工過(guò)程形態(tài) 生成與演變的實(shí)驗(yàn)方法。 (5) 確立高溫、高速拉伸狀態(tài)下反應(yīng)加工制備的聚合物的粘彈塑性本構(gòu)模型；在大變形有限元程序中引入粘性、高溫、高應(yīng)變率和應(yīng)變硬化等參數(shù)后，算法的優(yōu)化、可靠性和實(shí)用性判斷及其計(jì)算機(jī)模擬程序的調(diào)試；模擬拉伸和吹塑成型過(guò)程的厚度分布和缺陷點(diǎn)分布，建立判斷缺陷點(diǎn)的理論判據(jù)。 (2) 模擬方法： ? Monte Carlo 和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法； ? 有限元模擬方法； ? 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和高維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化模擬方法。 技術(shù)路線和實(shí)驗(yàn)方案： 模型體系確定： A. 擠出聚合：聚苯乙烯、苯乙烯與二烯烴嵌段共聚物 （ 01 課題研究的體系）。 (1) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算機(jī)模擬（與 0 0 03 課題組合作） ? 動(dòng)力學(xué)模型：在聚合和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，建立 熔融接枝或嵌段聚合和降解反應(yīng)（聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等）以及 擠出聚合反 應(yīng)（ 苯乙烯 、苯乙烯與二烯烴嵌段共聚物 ）復(fù)雜外場(chǎng)條件下的分子動(dòng)力學(xué)模型。 ? 影響規(guī)律：構(gòu)造不同分子結(jié)構(gòu)增容劑 /聚烯烴 /帶有可反應(yīng)基團(tuán)聚合物的混合體系，采用 Monte Carlo 和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)，研究在復(fù)雜外場(chǎng)（溫度、壓力、剪切）下體系熔融反應(yīng)混合過(guò)程中體系形態(tài)、界面結(jié)構(gòu)和聚合物鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，確定增容劑分子結(jié) 構(gòu)和添加量以及反應(yīng)程度等對(duì)體系微觀形態(tài)演化及形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的影響規(guī)律。 (2) 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)機(jī)理的計(jì)算機(jī)模擬（與 04 課題組合作） ? 伴隨簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)：結(jié)合含時(shí) GinzburgLandau 方程與簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，建立伴隨化學(xué)反應(yīng)的多相聚合物體系形態(tài)生 成與演變的計(jì)算機(jī)模擬方法和基本程序。結(jié)合聚合和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)方程與 含時(shí) GinzburgLandau 方程，確立優(yōu)化的數(shù)值離散模擬方法，編制相應(yīng)的計(jì)算程序與演示程序，實(shí)現(xiàn) 伴隨聚合和降解反應(yīng)的 多相聚合物體系形態(tài)生成與演變的模擬。 ? 復(fù)雜外場(chǎng)下伴隨聚合和降解反應(yīng)：結(jié)合反應(yīng)加工過(guò)程中聚合和降解反應(yīng)機(jī)理與分子動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果，構(gòu)建復(fù)雜外場(chǎng)情況下，多相聚合物體系的形態(tài)形成理論模型。 ? 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與理論完善：建立使用“剪切激光光散射儀”觀察準(zhǔn)反應(yīng)加工條件下，伴隨聚合和降解反應(yīng)發(fā)生的多相聚合物體系形態(tài)形成的實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)模型體系進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。 (3) 耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為的計(jì)算機(jī)模擬與仿真（與 04和 05課題組合作） ? 耦合簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)：運(yùn)用流體力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)理論，確立耦合簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)情況下，聚合物流體本構(gòu)模型，并進(jìn)行模擬計(jì)算；建立耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為模擬方法及其相應(yīng)模擬程序的編寫。使用數(shù)值模擬方法，離散耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的流體本構(gòu)方程，計(jì)算機(jī)模擬其流體流動(dòng)行為，歸納聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)類型以及反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為的影響規(guī)律。模仿反應(yīng)加工條件，揭示不同化學(xué)反應(yīng)和物理環(huán)境對(duì)復(fù)雜流體流動(dòng)行為的影響規(guī)律。 (4) 拉伸與吹塑成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真 ? 初始化條件（加工條件）確立：建立制件或制品厚度分布與性能和型坯起始溫度分布之間的相關(guān)模型。 ? 本構(gòu)模型建立：用 MEISSNER 拉伸流變儀，在高溫、高應(yīng)變率的條件下，測(cè)定反應(yīng)加工制備的聚合物材料的真實(shí)應(yīng)力 —應(yīng)變曲線，應(yīng)用數(shù)值擬合方法建立聚合物材料的本構(gòu)模型，并綜合考慮應(yīng)變硬化、應(yīng)變速率敏感、硬化指數(shù)及溫度的影響。采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及高維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化技術(shù)，給出反應(yīng)加工制備的聚合物材料的制件或制品各點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和厚度分布及變化的彩色圖示；直觀地考察導(dǎo)致缺陷發(fā)生情況。 ? 缺陷判據(jù)建立：預(yù)測(cè)特定加工條件（高溫和高拉伸速率等）下，不發(fā)生缺陷應(yīng)具備的自身分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和流體流變特性；預(yù)測(cè)給定反應(yīng)加工制備的聚合物材料，無(wú)缺陷的極限加工條件（溫度和拉伸或吹塑速率極限等）及拉伸與吹塑成型產(chǎn)品合理的厚度分布。 可行性分析： 上述實(shí)驗(yàn)、理論和計(jì)算機(jī)模擬方法，在文獻(xiàn)中均有過(guò)類似研究的文獻(xiàn) 報(bào)道，證明對(duì)反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料是可行的。實(shí)現(xiàn)聚合物反應(yīng)加工過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)控制、形態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、流體流動(dòng)過(guò)程調(diào)控和拉伸與吹塑成型條件的遴選與極限加工條件的預(yù)測(cè)。 (2) 運(yùn)用 GinzburgLandau方程、流體力學(xué)理論和化學(xué)反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)理論，模擬伴隨聚合、交聯(lián)和降解反應(yīng)的多相聚合物形態(tài)生成過(guò)程和流體流動(dòng)過(guò)程；建立耦合聚合、交聯(lián)和降解反應(yīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和流體流動(dòng)行為優(yōu)化和調(diào)控的理論準(zhǔn)則。 4. 年度研究計(jì)劃及預(yù)測(cè)進(jìn)展 20xx 年： ? 復(fù)雜外場(chǎng)條件下（高溫、高壓、高剪切和高粘度等），針對(duì)模型體系，完成建立 熔融接枝或嵌段聚合和降解反應(yīng) 的分子動(dòng)力學(xué)過(guò)程模擬，初步確立擠出均聚和共聚反應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模型。 ? 完成耦合簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)情況下，聚合物流體本構(gòu)模型建立，進(jìn)行耦合化學(xué)反應(yīng)的聚合物流體流動(dòng)行為模擬程序的編寫，實(shí)施相應(yīng)的模擬計(jì)算。 20xx 年： ? 完成擠出均聚和共聚反應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模型建立；針對(duì)模型體系，初步 模擬均聚反應(yīng)、嵌段和接枝共聚反應(yīng)、自身降解反 應(yīng)等的 分子鏈生成過(guò)程、分子量分布及其它分子參數(shù) 。 ? 基本完成聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的數(shù)學(xué)和物理表述，嘗試建立耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的流體本構(gòu)方程，并進(jìn)行流體流動(dòng)行為的模擬計(jì)算；初步歸納聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)類型以及反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參 數(shù)對(duì)聚合物流體流動(dòng)行為影響的規(guī)律性。 20xx 年： ? 借助 Monte Carlo 和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，在復(fù)雜外場(chǎng)（溫度、壓力、剪切和高粘度）下，初步建立體系熔融擠出反應(yīng)混合過(guò)程中體系微觀形態(tài)、界面結(jié)構(gòu)和聚合物分子鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變的模擬方法，嘗試歸納增容劑分子結(jié)構(gòu)和添加量以及反應(yīng)程度等對(duì)體系微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)形成影 響的規(guī)律性。 ? 反應(yīng)加工過(guò)程模擬：結(jié)合反應(yīng)加工過(guò)程中聚合和降解反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)機(jī)理方面的研究結(jié)果，構(gòu)造復(fù)雜化學(xué)和物理?xiàng)l件下，聚合物流體本構(gòu)方程。 確立在線觀察準(zhǔn)反應(yīng)加工條件下，模型體系態(tài)結(jié)構(gòu)生成過(guò)程的實(shí)驗(yàn)方法。 20xx 年： ? 借助 0 0 03 課題在擠出聚合和擠出接枝或嵌段共聚及降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善復(fù)雜外場(chǎng)條件下，普適性熔融擠出接枝或嵌段聚合反應(yīng)與降解反應(yīng)及其擠出聚合反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模型、反應(yīng)機(jī)理及其模擬方法，建立反應(yīng)加工過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控規(guī)律和方法。 ? 結(jié)合 0 05 課題的實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果，發(fā)展和完善耦合聚合、降解或交聯(lián)反應(yīng)的聚合物流體本構(gòu)模型，給出調(diào)控聚合物反應(yīng)加工過(guò)程中流體流動(dòng)行為的方法和規(guī)律?；就瓿删酆衔锊牧侠旌痛邓艹尚蛿?shù)值模擬普適性模擬與仿真方法的建立。 (2) 建立復(fù)雜外場(chǎng)條件下，伴隨化學(xué)反應(yīng)（聚合和降解反應(yīng)）的多相聚合物形態(tài)生成與演變的介觀計(jì)算機(jī)模擬方法；模擬反應(yīng)加工過(guò)程中，不同反應(yīng)類型（均聚、接枝、嵌段、交聯(lián)和降解反應(yīng)）、反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)和加工 條件對(duì)多相聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；發(fā)現(xiàn)反應(yīng)加工過(guò)程中，形態(tài)結(jié)構(gòu)形成的調(diào)控規(guī)律；達(dá)到控制反應(yīng)加工過(guò)程中多相聚合物相態(tài)結(jié)構(gòu)的目的。 (4) 建立反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料的拉伸和吹塑成型過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬與仿真方法；模擬反應(yīng)加工方法制備的聚合物材料在不同加工條件下，拉伸和吹塑過(guò)程中，應(yīng)力分布、應(yīng)變分布、應(yīng)變率分布和厚度分布的演變過(guò)程；揭示加工條件與制品或制件性能以及厚度分布等的定性與半定量關(guān)系的規(guī)律性；提出判斷制品或制件缺陷的理論準(zhǔn)則和無(wú)缺陷制品或制件的極限加工條件；開(kāi)發(fā)拉伸和吹塑成型過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬的軟件系統(tǒng)。 四、研究基礎(chǔ) 1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績(jī) 課題負(fù)責(zé)人安立佳研究員攻讀博士學(xué)位至今， 一直致力于高分子物理與高分子加工方面的基礎(chǔ)理論研究工作，在 聚合物及其混合物體系的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、聚合物混合體系相分離行為的計(jì)算機(jī)模擬、多相聚合物薄膜相分離行為、相容性聚合物混合物玻璃化轉(zhuǎn)變行為和聚合物混合物的結(jié)晶與受限結(jié)晶行為等 5 個(gè)方面取得創(chuàng)新性研究成果。曾主持國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)科學(xué)基金青年基金和面上基金、國(guó)家自然科學(xué)基金專項(xiàng)基金、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)基金和青年基金和吉林省青年基金等；承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目子課題。1998 年后，開(kāi)展了聚合物及其混合物薄膜相分離等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作，在Langmuir 和 Macromol. Theory 4篇；近年來(lái)，與吉林大學(xué)數(shù)學(xué)系（黃明游教授研究組）合作正在開(kāi)展復(fù)雜流體力學(xué)本構(gòu)方程數(shù)值解方面的研究工作，取得了很好的進(jìn)