短波纤填充聚合物材料（FRTs）广泛应用于汽车零部件中。该材料使用量巨大，对汽车制造成本和性能影响大。该材料主要以注塑成型的方式进行加工。伴随汽车轻量化的发展，汽车零部件的结构更加复杂，该材料的薄壁部件的设计与加工越发受到重视。因此，理解该材料在狭窄流道和薄壁加工中的“流道设计-加工流场-材料结构”的关系和流变机理更为紧迫。

  基于上述工业需求，在广州金发科技有限公司和荷兰皇家帝斯曼集团的支持下，上海交大俞炜教授、金发科技黄险波和李本科博士对“短玻纤填充聚合物材料在狭窄流道和薄壁加工的流变机理研究”进行了深入研究。

  针对以上问题，本研究选用短玻纤填充低粘度聚合物PEB作为研究对象，基于流变仪搭建了在线示踪平台，并拍摄了浓玻纤体系的纤维翻转运动视频，创新了视频分析及图像处理方法，结合表观流变数据、三维XCT分析、模型计算等，定量化测量了壁面效应的影响范围，发现已有模型无法描述壁面效应下的纤维取向和翻转行为，进一步观测到该体系在强剪切应力下出现“三相剪切带”现象和拥堵行为，并通过相图描述该现象。该研究为理解该体系在狭窄流道和薄壁加工提供了定量实验基础。

图1.（a）粒子示踪（PTV）与旋转流变仪联用的装置示意图。（b）粒子示踪装置拍摄到的图片，该图片中玻纤含量20 wt.%。黑色的纤维是镀银的玻纤，被用于示踪粒子。（c）开发的用于追踪纤维轨迹的软件，已经开源于：https://github.com/libenke/VideoFiberTrack。

图2.在应力较低时（σ=100pa）。（a）对玻纤在简单剪切流场下的翻转轨迹的拟合结果。拟合公式为：。拟合参数α_eff表示纤维翻转的快慢，α_eff值越大纤维翻转越快。（b）纤维翻转速度α_eff与距离壁面的距离y*的关系。实心图形是实验结果，虚线是模型预测结果（利用球谐函数对该模型进行数值求解的源码已开源于：https://github.com/libenke/FiberRheoModels）。实验结果通过公式拟合出的ξ_tumble，表示壁面效应的影响厚度。（c）壁面效应的影响厚度ξ与纤维体系α_rΦ的关系。

图5. 剪切应变γ=11时的三维XCT照片。（a-c）分别是三个不同剪切平面的照片，（d）为立体图。（e）为三维XCT经过“图像分割-统计处理”得到的取向张量A各分量，虚线代表刚经过预剪切，实现代表反向剪切应变γ=11。三维XCT的纤维分割算法已经开源于：https://github.com/libenke/CT_FiberSegmentation。

图6. PEB/GF体系在瞬态反向剪切下的相图。蓝色代表均匀流动，绿色代表剪切带，红色代表拥堵。平行板间距为（a）H=0.5mm（b）H=1.0mm（c）H=2.0mm .

  原文链接：

  https://doi.org/10.1039/D3SM00943B