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挑战与机遇:聚合物流变学在中国的前途
2010-04-13  来源:中国流变网

3.1 基于PTV的非线性响应唯象学

    迄今为止,基于运用有效的粒子跟踪测速(PTV)方法, 我们实验室已经发现了各式各样的关于缠结聚合物的非线性流变学响应的的新现象。很明显,PTV 监测为洞察缠结流体在大变形下的物理特性提供了全新的方法。其他实验室也开始意识到PTV方法的价值并开始相关实验,今后PTV 将成为一种可以补充传统流变表征的标准工具。我们还面临许多挑战,尤其是用PTV 监测熔体的大变形。需要继续探求在快速的大变形下,缠结熔体如何屈服,是否会出现不均匀流动。唯象性的根基还需其他实验室来进一步验证,最终为理论的发展提供确凿的实验基础。依照这个新的唯象性理论,高度缠结的聚合物流体终将遭受破裂,即内聚破损,这与一般固态的断裂很相近。因此可以预想未来发展将受益于研究固体断裂的理论和实验。

3.2 新实验方法

    按照PTV 监测,新现象会引发新的实验工具,以致屈服时以及屈服后的缠结状态会得到更好的表征。能否发明一种能够明确描述缠结链的拓扑关系的方式? 目前,还没有能观察单链平衡构象的有效方法(除DNA分子),更不用说追踪多条链了。而拓扑关系必然要涉及到众多链状态, 所以这种实验可谓真正的挑战。

3.3 流变学测试仪器

    近期结果表明要探测高度缠结的聚合物流体非线性黏弹性,目前仅靠市面上的流变学仪器是不够的。实质上,市面上的流变仪是旋转式设计。这种流变仪不能经受缠结网络在形变过程中产生的较高法向力,新月形物体的边缘破裂有其固有的实验困难,使连续剪切实验变得不可靠。预计,为迎合科研需要,在不远的未来将会出现新流变装置,用来流变测量及PTV 监测连续剪切中的聚合物熔体。

3.4 拉伸形变

    缠结聚合物熔体的拉伸流变学领域有很多机会。聚合物在高速拉伸率下单轴拉伸形变时通常发生细颈现象。于是,我们断定由于非均匀拉伸细颈伴随着内聚屈服,单轴拉伸稳态流动是很难实现的。这一定论被广泛接受尚需要一段时间。我们也认为,在初始阶段的快速拉伸并不是流动。所谓应变硬化,即“瞬时拉伸黏度( ηe(t)=σ/ε)高于线性区的稳态粘滞系数”,源于横截面面积的减小。此时缠结网络尚未屈服。先前对于应变硬化现象的理解早晚需要更正。关于缠结熔体在拉伸模式下屈服的图像将有助于我们从不同角度重新定义熔体强度这一概念。进一步深入研究拉伸流变学将促进我们对纤维纺丝的理解,及薄膜吹塑等的加工过程。

3.5 分子链结构(如长链支化)

    诚然,线性缠结聚合物流体在大变形下的发生屈服这一概念已经为我们理解大变形中的物理特性提供了依据。关于线性分子链缠结网络内聚力的概念性描述表明长链支化(LCB)会增强内聚力。目前,很少有实验信息证明这一断言。于是,LCB 是否会拖延剪切或拉伸中的屈服,是今后研究的重要课题。市面上最常见的含LCB的聚合物低密度聚乙烯(LDPE)。遭受剪切应变的LDPE 是否也能边界滑移尚不得而知。LCB 能否或怎样推迟弹性屈服有待进一步阐明。含有一定量LCB 的聚合物可做为模型体系来研究分子链结构在非线性流变过程(简单剪切或单轴拉伸)中的作用。

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