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1、中国科学:化学2010年第40卷第1期:16~21《中国科学》杂志社SCIENTIASINICAChimicawww.scichina.comchem.scichina.comSCIENCECHINAPRESS专题论述挑战与机遇:聚合物流变学在中国的前途*王十庆DepartmentofPolymerScience,UniversityofAkron,Akron,Ohio44325,USA*通讯作者,E-mail:swang@uakron.edu收稿日期:2009-08-05;接受日期:2009-08-24摘要聚合物流变学有很久的科研传统并在高分子科学
2、与工程中具有重要的地位，是一关键词个对聚合物产业有相当价值的领域.本文指出近来出现的令人兴奋的研究成果.这些发现聚合物流变学聚合物加工正在改变着我们对于聚合物流变学的认识.我们不仅讨论众多新的挑战,也谈到中国应如弹性屈服何抓住时机,认定走向,挖掘潜在的巨大经济效益.非线性现象剪切带1引言诸如此类问题虽然很重要,但即便在发达国家,绝大多数此类问题仍有待解决.欧美国家生产的热塑性塑经过几十年深入细致的研究工作,聚合物科学料和橡胶也面临加工困难的问题.西方国家将聚烯烃与工程已经成为了一个成熟的领域.然而,在高分子产业转给第三世界国家的同时也放弃了解决加工性
3、难物理的三大分支(结晶,玻璃化转变和流变学)中,还题的职责.照目前的趋势,西方国家可能不再将科研存在着巨大的挑战.由于聚合物体系的链动力学和流变特性具有普适性,从分子角度研究聚合物流变经费投入到进一步改善聚烯烃加工性的问题上.为了学意义重大.随着20世纪70年代末期Doi-Edwards在激烈的全球市场竞争中占有一席之地,中国只有马管形模型的出现,缠结聚合物流体流变特性的理论上做合理的投资才有可能将这些挑战化转为机遇.描述成为了现实.由于聚合物流变学理论和实验的考虑到化学工业和聚合物产业的规模、正在壮大吻合,多年来似乎已经没有能引起学者关注了.的中国
4、经济规模以及来自拥有西方先进技术的中东石油基通用高分子产品,如热塑性塑料和橡胶国家的激烈竞争,中国必须发展自己的聚烯烃和橡已经成为传统制造业的代表.许多世界著名的化工胶加工技术.对于传统弱势科研项目,即聚合物加工公司(如陶氏化学),正在迅速甩掉他们的传统核心业和流变学领域,中国需要投入新的更大的科研力量.务,例如把聚烯烃产业卖给中东国家.中国面临的主流变学领域正在经历着深刻的变革,中国有必要竞争就来自于这些新对手.当前形势给中国带来要抓住新形势积极参与其进一步的发展.下面我们两大问题:(1)发达国家企业的产品技术含量高,通先回顾一下聚合物流变领域的基
5、本特征及最新发展.常这些企业的热塑性塑料和橡胶更容易加工,因此,聚合物流变学是聚合物材料加工的基础,它考这些来自于中东国家的热塑性塑料和橡胶的性能、加虑的是最简单模式的形变,如简单剪切和单轴拉伸.工性及价格都更具竞争力,从而有可能取代中国市倘若人们误以为仅仅研究缠结聚合物的稳态流动特1)场的产品;(2)什么样的分子链结构和分子量分布具性就足够了,他们将会把流变学描述建立在均匀形有良好的性能,什么样的聚合物具有优异的加工性,变/流动的框架上,以为聚乙烯,聚丙烯,聚丁二烯和1)在世界上每年生产的几亿吨高分子原料中,一半以上在加工过程中是高缠结度的单一组分
6、的熔体.中国科学:化学2010年第40卷第1期聚异戊二烯等常见高分子熔体都会在一个平均场中流由熵变引起的分子链内构象变化.温度下降后,分子动.的确,我们通常忽略初始响应.而实际上,聚合物链间的相互作用起主导作用.描述链间相互作用力加工常涉及到瞬时响应.比如,聚合物熔体在加工过是一种理论上极具挑战性的课题.程中,在口模处被挤入一条狭窄流道,经历了快速变尽管对线性黏弹性的研究我们有可靠的唯象基形.有必要弄清楚聚合物流体经历快速外部变形后的础(即只涉及均匀形变),单链平均场,如管形理论对缠结状态.逻辑上讲,要了解稳态流动必需考查其形缠结链动力学的描述是否真
7、实仍然不得而知.要通成过程,因为迅速变形中的起始力学响应绝不是流动.过实验阐明任何线性黏弹性都需要用一个多链图像[10]认识到建立非线性缠结聚合物流唯象学的重要来解释,乃是一个巨大的挑战.Lodge对单链管形性,我们近期发展了粒子跟踪测速(particle-tracking模型的质疑仍然没有得到解答.我认为,缠结聚合物[1]velocimetry-PTV)监测手段.宏观证据表明缠结聚分子链的质心能在应力释放后回到起初点,确实需合物流体有三种主要屈服变形模式:(i)初始形变,(ii)要考虑网络的效应,而非单链图像所能描述.大振幅震荡剪切,(iii)阶跃
8、应变.缠结聚合物作为一种瞬态固体经不起持续增长的弹性变形,而遭遇断3非线性响应裂.缠结聚合物在快速的外部变形
