[发明专利]建立聚乙烯链结构与挤出加工性能关系的仿真方法及系统

说明书

本发明公开了建立聚乙烯链结构与挤出加工性能关系的仿真方法及系统，仿真方法包括：对已设计好的聚乙烯分子链分配电荷并进行结构优化；使用优化好的聚乙烯分子链构建初始周期性边界无定形模型；对初始周期性边界无定形模型进行优化；对优化后的周期性边界无定形模型依次进行结构优化、动力学平衡过程以及参数计算；已预建立及已预设定好条件的单螺杆挤出机均化段的有限元仿真模型利用聚乙烯链结构的仿真参数计算得到所设计的聚乙烯分子链对应的单螺杆挤出机均化段的加工特性。本发明借助计算机仿真技术，避免了不必要的实验耗费与误差，为从分子链结构设计角度来提高低密度聚乙烯电缆绝缘料挤出加工性能提供了新的方法。

技术领域

本发明属于高分子绝缘材料计算机仿真技术领域，具体涉及建立聚乙烯链结构与挤出加工性能关系的仿真方法及系统。

背景技术

随着特高压输电、清洁能源等先进技术的快速发展，对高压电缆的绝缘性能提出了更高的要求。聚乙烯，尤其是低密度聚乙烯作为制备高压电缆绝缘的主要基础材料，其挤出加工性能决定了材料最终的绝缘性能。由于低密度聚乙烯的制造工艺复杂，其链结构包括分子量和支化度具有不同程度的分布。然而，分子链结构是影响低密度聚乙烯加工性能的关键因素。目前国内外对聚乙烯分子链结构的表征方式众多，但仅用传统的实验方法无法准确地表征链结构与挤出加工性能之间的关系，严重限制了高性能聚乙烯的研发。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种建立聚乙烯链结构与挤出加工性能关系的仿真方法及系统，本发明适用于准确表征具有不同链结构的高分子材料的挤出加工性能，以克服现有存在的问题。

本发明采用的技术方案如下：

建立聚乙烯链结构与挤出加工性能关系的仿真方法，包括如下过程：

对已设计好的聚乙烯分子链分配电荷并进行结构优化，得到优化好的聚乙烯分子链；

使用优化好的聚乙烯分子链构建初始周期性边界无定形模型，其中，初始周期性边界无定形模型的密度设置要低于聚乙烯材料的实际密度；

对所述初始周期性边界无定形模型进行优化，该优化依次包括结构优化、动力学平衡、退火、弛豫和二次动力学平衡，得到优化后的周期性边界无定形模型；

对优化后的周期性边界无定形模型依次进行结构优化、动力学平衡过程以及参数计算，得到聚乙烯链结构的仿真参数；

已预建立及已预设定好条件的单螺杆挤出机均化段的有限元仿真模型利用所述聚乙烯链结构的仿真参数计算得到所设计的聚乙烯分子链对应的单螺杆挤出机均化段的加工特性；其中，所述单螺杆挤出机均化段的有限元仿真模型的条件设定包括：选择单螺杆挤出机均化段的有限元仿真模型中分别表示流体黏度对剪切速率的依赖性的本构方程和流体黏度对温度的依赖性的本构方程，根据聚乙烯单螺杆挤出机的实际加工条件设定已预建立的单螺杆挤出机均化段的有限元仿真模型中流道部分的流动边界条件和温度边界条件。

优选的，对所述初始周期性边界无定形模型进行动力学平衡时，选择正则系综，设置温度，保持温度和体积不变，执行预设时间。

优选的，对所述初始周期性边界无定形模型进行退火时，设置退火温度和压力，选择等温等压系综，设定退火循环次数以及每次退火执行时间。

优选的，对所述初始周期性边界无定形模型进行二次动力学平衡时，选择正则系综，设置温度和压力，保持温度和体积不变，执行预设时间。

优选的，对优化后的周期性边界无定形模型进行结构优化的条件与对所述初始周期性边界无定形模型进行结构优化条件相同；对优化后的周期性边界无定形模型进行动力学平衡过程的条件与对所述初始周期性边界无定形模型进行动力学平衡以及二次动力学平衡时的条件相同。