高分子流體的非線性流變學(xué)

1、高分子流體的非線性流變學(xué)彈性屈服, 熔體破裂及不均勻流動王十慶高分子科學(xué)系阿克隆大學(xué)網(wǎng)址：更新日期 2009.7.11簡介高分子流變學(xué)的任務(wù)a) 表征: 1. 唯象（麥克斯韋水平）, 線性粘彈性2. 結(jié)構(gòu)（分子水平），例如：分子量，分子量分布，鏈結(jié)構(gòu)（支化，官能團) 依 賴于模型，非常理論性b) 高分子科學(xué)的一個重要領(lǐng)1. 非線性方面2. 高分子流體力學(xué)-著重數(shù)值計算3. 加工行為i. 流體動力學(xué)/力學(xué) - 研究簡單（牛頓）流體在復(fù)雜幾何體和非線性條件下的流動行為，包括湍流和熱對流ii. 高分子流變學(xué) - 研究高分子流體（粘彈性/非牛頓流體）在簡單幾何體中的變形和流動行為iii. 高分子的流體

2、力學(xué)（與加工密切相關(guān)）- 研究粘彈高分子流體在復(fù)雜幾何體中的變形和流動行為本書的重點是b), 即ii和iii部分。第一部分：線性響應(yīng)I. 線性粘彈性現(xiàn)象1. 機械變形a.初始形變b.階躍應(yīng)變 c.震蕩剪切2. 線性響應(yīng)a. 虎克彈性體 b. 粘性牛頓流體c. 粘彈性麥克斯韋響應(yīng)3. 經(jīng)典的橡膠彈性理論II. 在線性粘彈區(qū)的分子表征1. 稀溶液極限a.愛因斯坦懸浮液的粘度b. Kirkwoo-Riseman 模型c. Zimm模型d. Rouse模型2. 纏結(jié)態(tài)a. 纏結(jié)的唯象性證據(jù)b. 網(wǎng)絡(luò)模型c. 纏結(jié)的堆砌模d. 分子理論i. de Gennes的蠕動概念ii. Doi和Edwards的管

3、子模型iii. Schweizer的高分子模式耦合理論e. 熔體線性粘彈性f. 濃溶液線性粘彈性III. 實驗方法1.剪切流變學(xué)測量法邊界位移引起的形變與流動a.線性位移i. 滑動平行板儀ii. 同軸圓筒活塞儀b. 轉(zhuǎn)動模式i. 平行圓盤儀ii. 錐板儀iii.同軸圓筒儀c.分割錐板儀壓力驅(qū)使下的形變與流動d.毛細(xì)管口模e.狹縫通道2. 拉伸流變學(xué)測量法a. Instron類型拉伸儀b. 固定長度的拉伸儀3. 在線流變-光學(xué)方法a. 流動雙折射i. 應(yīng)力光學(xué)規(guī)則ii. 應(yīng)力光學(xué)規(guī)則的破壞b. 散射（X-射線，可見光，中子）c. 光譜（核磁，熒光，紅外，拉曼，介電）第二部分：非線性現(xiàn)象和表征IV

4、. 唯象描述 1. 應(yīng)力過沖和剪切變稀2. 蠕變過程中的速率突變3. 應(yīng)變軟化：階躍應(yīng)變后的松弛4. 屈服的證據(jù)：應(yīng)變恢復(fù)實驗5. 拉伸中絲狀樣品的斷裂6. 在LAOS中的波形扭曲7. 擠出物脹大8. 熔體破裂V. 形變場的表征1. 均勻響應(yīng)a. 流變學(xué)測量法的基本原理和本構(gòu)目b. 在穩(wěn)態(tài)剪切過程中速率可控剪切與應(yīng)力可控剪切之間的等效性c. 非纏結(jié)和弱纏結(jié)的高分子2. PTV- 粒子示蹤速度測量法a. 簡單剪切i. XZ平面運動ii. XY平面成像b. 管道流動3. SMIV - 單分子成像速度測量法a. 簡單剪切b. 管道流動第三部分：屈服 - 非線性響應(yīng)的主要現(xiàn)象VI. 壁滑 - 界面屈服

5、1. 由Navier-de Gennes外推長度b概念描述的壁滑2. 毛細(xì)管流動過程中的噴射和壓力振蕩a. 粘-滑轉(zhuǎn)變i. 毛細(xì)管流動ii. 剪切流動b. 速率模式下邊界條件的不確定性i. 纏結(jié)和解纏結(jié)之間的振蕩ii. 高分子在弱表面的解吸附:永久壁iii. 另外兩種流動振蕩3. 理論解釋a. 小的表面覆蓋- Brochard-de Gennes理論b. 飽和吸附-解纏結(jié)圖像c. 粘-滑轉(zhuǎn)變的成因：粘附力的破損4. 在初始剪切中的壁滑：界面屈服5. 延遲的壁滑6. 表觀的應(yīng)變軟化VII. 形變中的屈服1.突然快速起動剪切時的應(yīng)力過沖a. 初期變形時的彈性響應(yīng)b. 流體 動形變中應(yīng)力過沖的標(biāo)度特

6、性i. 彈性形變區(qū)ii. 粘彈區(qū)iii. 極限流動區(qū) - 分子擴散引起的流動2.鏈解纏結(jié)的流變學(xué)證據(jù)3.蠕變下的纏結(jié)-解纏結(jié)轉(zhuǎn)變4. 單軸拉伸中的屈服a. Considère條件的奧妙及疑惑b. 拉力極大值i. 彈性形變區(qū)ii. 彈性形變恢復(fù)c. 極限流動中的拉力極大值以及麥克斯韋流體中的拉力極大值d. 拉力（工程應(yīng)力）與真實應(yīng)力e. 缺少穩(wěn)態(tài)4. 柔性與脆性斷裂VIII. 屈服點后剪切帶的形成1. 溶液中的剪切帶的形成a. 初始剪切 b. 大振幅振蕩剪切c. 剪切帶的形成：鏈纏結(jié)最小限度的解除2. 熔體屈服a. 階躍應(yīng)變b. 初始剪切c. 實驗上是否可以獲得穩(wěn)態(tài)？3. 缺少唯一的穩(wěn)態(tài)4. 剪切均一性的恢復(fù)5. 相圖第四部分：纏結(jié)流體的內(nèi)聚力和彈性屈服IX. 纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)聚力和塑性1. 纏結(jié)高分子的內(nèi)聚力（不依賴于分子量）2. 蠕變中的塑性流動：纏結(jié)-解纏結(jié)轉(zhuǎn)變X. 剪切和單軸拉伸中的彈性屈服1. 階躍剪切2. 階躍拉伸第五部分：流變學(xué)在加工中的應(yīng)用XII. 壓力致流動過程中的屈服: PTV測量1. 入口流動中的解纏結(jié)2. 無入口效應(yīng)的毛細(xì)管流動3. 口模入口處的拉伸形變4. 毛細(xì)管流動前的拉伸屈服XIII. 高分子加工中的挑戰(zhàn)1.邊緣破裂2.形變場的不連續(xù)