高分子流体的非线性流变学

1、高分子流体的非线性流变学弹性屈服, 熔体破裂及不均匀流动王十庆高分子科学系阿克隆大学网址：更新日期 2009.7.11简介高分子流变学的任务a) 表征: 1. 唯象（麦克斯韦水平）, 线性粘弹性2. 结构（分子水平），例如：分子量，分子量分布，链结构（支化，官能团) 依 赖于模型，非常理论性b) 高分子科学的一个重要领1. 非线性方面2. 高分子流体力学-着重数值计算3. 加工行为i. 流体动力学/力学 - 研究简单（牛顿）流体在复杂几何体和非线性条件下的流动行为，包括湍流和热对流ii. 高分子流变学 - 研究高分子流体（粘弹性/非牛顿流体）在简单几何体中的变形和流动行为iii. 高分子的流体

2、力学（与加工密切相关）- 研究粘弹高分子流体在复杂几何体中的变形和流动行为本书的重点是b), 即ii和iii部分。第一部分：线性响应I. 线性粘弹性现象1. 机械变形a.初始形变b.阶跃应变 c.震荡剪切2. 线性响应a. 虎克弹性体 b. 粘性牛顿流体c. 粘弹性麦克斯韦响应3. 经典的橡胶弹性理论II. 在线性粘弹区的分子表征1. 稀溶液极限a.爱因斯坦悬浮液的粘度b. Kirkwoo-Riseman 模型c. Zimm模型d. Rouse模型2. 缠结态a. 缠结的唯象性证据b. 网络模型c. 缠结的堆砌模d. 分子理论i. de Gennes的蠕动概念ii. Doi和Edwards的管

3、子模型iii. Schweizer的高分子模式耦合理论e. 熔体线性粘弹性f. 浓溶液线性粘弹性III. 实验方法1.剪切流变学测量法边界位移引起的形变与流动a.线性位移i. 滑动平行板仪ii. 同轴圆筒活塞仪b. 转动模式i. 平行圆盘仪ii. 锥板仪iii.同轴圆筒仪c.分割锥板仪压力驱使下的形变与流动d.毛细管口模e.狭缝通道2. 拉伸流变学测量法a. Instron类型拉伸仪b. 固定长度的拉伸仪3. 在线流变-光学方法a. 流动双折射i. 应力光学规则ii. 应力光学规则的破坏b. 散射（X-射线，可见光，中子）c. 光谱（核磁，荧光，红外，拉曼，介电）第二部分：非线性现象和表征IV

4、. 唯象描述 1. 应力过冲和剪切变稀2. 蠕变过程中的速率突变3. 应变软化：阶跃应变后的松弛4. 屈服的证据：应变恢复实验5. 拉伸中丝状样品的断裂6. 在LAOS中的波形扭曲7. 挤出物胀大8. 熔体破裂V. 形变场的表征1. 均匀响应a. 流变学测量法的基本原理和本构目b. 在稳态剪切过程中速率可控剪切与应力可控剪切之间的等效性c. 非缠结和弱缠结的高分子2. PTV- 粒子示踪速度测量法a. 简单剪切i. XZ平面运动ii. XY平面成像b. 管道流动3. SMIV - 单分子成像速度测量法a. 简单剪切b. 管道流动第三部分：屈服 - 非线性响应的主要现象VI. 壁滑 - 界面屈服

5、1. 由Navier-de Gennes外推长度b概念描述的壁滑2. 毛细管流动过程中的喷射和压力振荡a. 粘-滑转变i. 毛细管流动ii. 剪切流动b. 速率模式下边界条件的不确定性i. 缠结和解缠结之间的振荡ii. 高分子在弱表面的解吸附:永久壁iii. 另外两种流动振荡3. 理论解释a. 小的表面覆盖- Brochard-de Gennes理论b. 饱和吸附-解缠结图像c. 粘-滑转变的成因：粘附力的破损4. 在初始剪切中的壁滑：界面屈服5. 延迟的壁滑6. 表观的应变软化VII. 形变中的屈服1.突然快速起动剪切时的应力过冲a. 初期变形时的弹性响应b. 流体 动形变中应力过冲的标度特

6、性i. 弹性形变区ii. 粘弹区iii. 极限流动区 - 分子扩散引起的流动2.链解缠结的流变学证据3.蠕变下的缠结-解缠结转变4. 单轴拉伸中的屈服a. Considère条件的奥妙及疑惑b. 拉力极大值i. 弹性形变区ii. 弹性形变恢复c. 极限流动中的拉力极大值以及麦克斯韦流体中的拉力极大值d. 拉力（工程应力）与真实应力e. 缺少稳态4. 柔性与脆性断裂VIII. 屈服点后剪切带的形成1. 溶液中的剪切带的形成a. 初始剪切 b. 大振幅振荡剪切c. 剪切带的形成：链缠结最小限度的解除2. 熔体屈服a. 阶跃应变b. 初始剪切c. 实验上是否可以获得稳态？3. 缺少唯一的稳态4. 剪切均一性的恢复5. 相图第四部分：缠结流体的内聚力和弹性屈服IX. 缠结网络的内聚力和塑性1. 缠结高分子的内聚力（不依赖于分子量）2. 蠕变中的塑性流动：缠结-解缠结转变X. 剪切和单轴拉伸中的弹性屈服1. 阶跃剪切2. 阶跃拉伸第五部分：流变学在加工中的应用XII. 压力致流动过程中的屈服: PTV测量1. 入口流动中的解缠结2. 无入口效应的毛细管流动3. 口模入口处的拉伸形变4. 毛细管流动前的拉伸屈服XIII. 高分子加工中的挑战1.边缘破裂2.形变场的不连续