1、 聚合物加工流变学流变学是一门流变学是一门实践性强、理论深邃实践性强、理论深邃的实验科学的实验科学又是一门涉及又是一门涉及多学科交叉多学科交叉的边缘科学的边缘科学第一节 流变学的基本概念 1什么是流变学？ 流变学是物理学的一个分支流变学是物理学的一个分支, ,它主要研究材料它主要研究材料在在外力作用外力作用( (应力、应变、温度、电场、磁场、应力、应变、温度、电场、磁场、辐射等辐射等) )下的下的流动及其变形规律流动及其变形规律的科学。的科学。 Rheology is the study of the flow and deformation of all forms of matter 古希
2、腊哲学家古希腊哲学家Heraclitus所说的万物皆流所说的万物皆流E.C. Bingham, M. Reiner April, 29, 19292 流变学的应用举例聚合物：聚合物：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、油塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、油 墨等墨等 固态：机械性能、变形以及断裂等固态：机械性能、变形以及断裂等 熔融态：注射、吹塑、挤出以及热压成型等等熔融态：注射、吹塑、挤出以及热压成型等等化学工程：化学工程：化学品、护理产品以及化妆品等等化学品、护理产品以及化妆品等等生物医药生物医药: 药剂、血液以及肌肉组织等等药剂、血液以及肌肉组织等等地质学：地质学： 岩石岩石食品工业：食品工业
3、：酸奶等酸奶等其它：其它：钻探泥浆、水泥、焊锡等等钻探泥浆、水泥、焊锡等等3 物质的形态小分子小分子大分子大分子气、液、固气、液、固液、固液、固4 古典物理中对物质的描述l理想固体理想固体 刚性固体刚性固体 弹性固体弹性固体l理想液体理想液体 帕斯卡流体（非粘性流体）帕斯卡流体（非粘性流体） 牛顿流体（粘性流体）牛顿流体（粘性流体）理想固体（理想固体（Ideal Solids）（1）刚性固体）刚性固体 (Rigid solids) 刚性固体没有任何形变刚性固体没有任何形变（欧几米德几何和固体力学）（欧几米德几何和固体力学）阿基米德阿基米德（2）弹性固体）弹性固体 (Elastic Solids
4、) 变形时遵从胡克定律变形时遵从胡克定律-材料所受的应力与形变量成正材料所受的应力与形变量成正比（比（ =E ）的固体，其应力与应变之间的响应为瞬）的固体，其应力与应变之间的响应为瞬时响应，称之为弹性固体。时响应，称之为弹性固体。 -应力应力:材料内部单位面积上的响应力材料内部单位面积上的响应力(牛顿牛顿/m2)。 E-弹性弹性(杨氏杨氏)模量（模量表述了材料抵抗弹性变形的模量（模量表述了材料抵抗弹性变形的能力能力多硬或多软）。多硬或多软）。 -形变形变:在对应于应力方向上在对应于应力方向上,物体变形的相对幅度。物体变形的相对幅度。 （1）非粘性流体（帕斯卡流体）非粘性流体（帕斯卡流体） 没有
5、粘性的流体称之为非粘性流体，流动的没有粘性的流体称之为非粘性流体，流动的时候没有阻力。时候没有阻力。 液体内部压力在任何方向上都相同。液体内部压力在任何方向上都相同。理想流体（理想流体（Ideal Fluids）（2）牛顿流体）牛顿流体 流动时符合牛顿流动定律流动时符合牛顿流动定律-材料所受的剪切应力与剪材料所受的剪切应力与剪切速率成正比（切速率成正比（ ）的液体称之为牛顿流体。）的液体称之为牛顿流体。 剪切应力剪切应力零切粘度零切粘度剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率-单位时间尺度上的剪切应变单位时间尺度上的剪切应变多快。多快。粘度粘度-一个材料常数，表述了材料抵抗流动的能力。一个材料常数，表
6、述了材料抵抗流动的能力。例如液体的稠或稀之分。例如液体的稠或稀之分。l流动流动液体液体粘性粘性耗散能量耗散能量产生永久形变产生永久形变无记忆效应无记忆效应NewtonsNewtons定律定律时间过程时间过程l变形变形固体固体弹性弹性贮存能量贮存能量形变可以恢复形变可以恢复有记忆效应有记忆效应HookesHookes定律定律瞬时响应瞬时响应 液体流动与固体变形的一般性对比液体流动与固体变形的一般性对比 随着科学技术的发展，学者们在研究橡胶、随着科学技术的发展，学者们在研究橡胶、塑料、油漆、玻璃、混凝土以及金属等材料；塑料、油漆、玻璃、混凝土以及金属等材料；岩石、土、石油、矿物等地质材料；以及血岩
7、石、土、石油、矿物等地质材料；以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性质过程中，发液、肌肉骨骼等生物材料的性质过程中，发现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论已不能说明这些材料的复杂特性，于是理论已不能说明这些材料的复杂特性，于是就产生了流变学的思想。就产生了流变学的思想。5 5、流变学发展历史：、流变学发展历史：“Everything Flows” (万物皆流万物皆流) 麦克斯韦在麦克斯韦在1869年发现，材料可以是弹性的，又可以年发现，材料可以是弹性的，又可以是粘性的。是粘性的。1928年，美国物理化学家年，美国物理化学家E. C. Bingham 正式命
8、名正式命名“流流变学（变学（rheology）”的概念的概念1929年，流变学报（年，流变学报（Journal of Rheology），流变学），流变学诞生日诞生日1939年，荷兰皇家科学院成立了以伯格斯教授为首的年，荷兰皇家科学院成立了以伯格斯教授为首的流变学小组；流变学小组；1940年英国出现了流变学家学会。当时，荷兰的工作年英国出现了流变学家学会。当时，荷兰的工作处于领先地位，处于领先地位，1948年国际流变学会议就是在荷兰举行的。法国、日年国际流变学会议就是在荷兰举行的。法国、日本、瑞典、澳大利亚、奥地利、捷克斯洛伐克、意大本、瑞典、澳大利亚、奥地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利时等国
9、也先后成立了流变学会利、比利时等国也先后成立了流变学会。 1991年，年，de Gennes 软物质软物质第二节 高分子流变学研究的内容l高分子结构流变学高分子结构流变学l高分子加工流变学高分子加工流变学1 结构流变学结构流变学又称微观流变学或分子流变学。又称微观流变学或分子流变学。 主要研究高分子材料奇异的主要研究高分子材料奇异的流变性质与其微观结构流变性质与其微观结构分子链结构、聚集态结构之间的联系，分子链结构、聚集态结构之间的联系，以期通过设以期通过设计大分子流动模型，获得正确描述高分子材料复杂流计大分子流动模型，获得正确描述高分子材料复杂流变性的本构方程，沟通材料宏观流变性质与微观结构
10、变性的本构方程，沟通材料宏观流变性质与微观结构参数之间的联系，深刻理解高分子材料流动的微观物参数之间的联系，深刻理解高分子材料流动的微观物理本质。理本质。 稀溶液粘弹理论发展比较完备。稀溶液粘弹理论发展比较完备。Rouse-Zimm-Lodge等人的贡献。等人的贡献。已经能够根据分子已经能够根据分子结构参数定量预测溶液的流变性质。浓厚体结构参数定量预测溶液的流变性质。浓厚体系和亚浓体系粘弹理论。系和亚浓体系粘弹理论。de Gennes和和Doi-Edwards的贡献。将多链体的贡献。将多链体系简化为一条受限制的单链体系，提出系简化为一条受限制的单链体系，提出蛇行蛇行蠕动模型蠕动模型。 结构流变
11、学进展对高分子凝聚态物理基础理结构流变学进展对高分子凝聚态物理基础理论的研究具有重要价值。论的研究具有重要价值。结构流变学的研究成果结构流变学的研究成果2 加工流变学加工流变学宏观流变学或唯象性流宏观流变学或唯象性流变学。变学。 主要研究与主要研究与高分子材料加工工程高分子材料加工工程有关的理论有关的理论与技术问题。绝大多数高分子材料的成型加与技术问题。绝大多数高分子材料的成型加工都是在熔融或溶液状态下的流变过程中完工都是在熔融或溶液状态下的流变过程中完成的，众多的成型方法为加工流变学带来丰成的，众多的成型方法为加工流变学带来丰富的研究课题富的研究课题。加工流变学中的应用实例加工流变学中的应用
12、实例例如：加工条件变化与材料流动性质（主要指粘例如：加工条件变化与材料流动性质（主要指粘度和弹性）及产品物理、力学性质之间的关系；度和弹性）及产品物理、力学性质之间的关系；材料流动性质与分子结构及组分结构之间的关系；材料流动性质与分子结构及组分结构之间的关系；异常的流变现象如异常的流变现象如挤出胀大，熔体破裂挤出胀大，熔体破裂现象发生现象发生的规律、原因及克服办法；的规律、原因及克服办法；高分子材料典型加工成型操作单元（如高分子材料典型加工成型操作单元（如挤出、注挤出、注射、纺丝、薄膜吹塑射、纺丝、薄膜吹塑等）过程的流变学分析；等）过程的流变学分析；多相多相高分子体系的流变性规律；高分子体系的
13、流变性规律；模具与机械设计中的种种与材料流动性与传热性模具与机械设计中的种种与材料流动性与传热性有关的问题等有关的问题等。第三节 高分子液体的奇异流变现象1 高粘度与高粘度与“剪切变稀剪切变稀”行为行为室温下室温下H2O的粘度约为的粘度约为10-3Pas（1Pas =10P（泊），（泊），故室温下水的粘度约为故室温下水的粘度约为1厘泊（厘泊（cp)。高分子液体的粘度绝对值一般很高。其绝对值均在高分子液体的粘度绝对值一般很高。其绝对值均在102104Pas。对大多数高分子液体而言，即使温度不发生变化，对大多数高分子液体而言，即使温度不发生变化，粘度也会随剪切速率（或剪切应力）的增大而下降，粘度也
14、会随剪切速率（或剪切应力）的增大而下降，呈现典型的呈现典型的“剪切变稀剪切变稀”行为。行为。 在高分子材料成型加工时，随着成型工艺方在高分子材料成型加工时，随着成型工艺方法的变化及剪切应力或剪切速率（转速或线法的变化及剪切应力或剪切速率（转速或线速度）的不同，材料粘度往往会发生速度）的不同，材料粘度往往会发生1-31-3个数个数量级量级的大幅度变化，是加工工艺中需要十分的大幅度变化，是加工工艺中需要十分关注的问题。关注的问题。 P-polymer solutionN-Newtonian (or viscous) FluidsF另外有一些高分子液体，如高浓度的另外有一些高分子液体，如高浓度的聚氯
15、乙聚氯乙烯塑料溶胶烯塑料溶胶，在流动过程中表现出粘度随，在流动过程中表现出粘度随剪剪切速率增大而升高的反常现象切速率增大而升高的反常现象，称，称“剪切变剪切变稠稠”效应效应。F通常把具有通常把具有“剪切变稀剪切变稀”效应的流体称为假效应的流体称为假塑性流体，把具有塑性流体，把具有“剪切变稠剪切变稠”效应的流体效应的流体称为胀流性流体。称为胀流性流体。2 Weissenberg效应（爬杆效应）效应（爬杆效应） 又称又称“爬杆爬杆”效应，或效应，或“包轴包轴”现象现象。出现这一现象。出现这一现象的原因被归结为高分子液体是一种具有弹性的液体。的原因被归结为高分子液体是一种具有弹性的液体。测量容器中测
16、量容器中A A、B B两点的压力，可以测得，两点的压力，可以测得，对牛顿型流对牛顿型流体有体有p pA A p pB B ，对高分子液体有，对高分子液体有p pA A p pB B。3 挤出胀大现象挤出胀大现象 又称又称口型膨胀效应或口型膨胀效应或Barus效应效应。其产生的原。其产生的原因也被归结为高分子熔体具有因也被归结为高分子熔体具有弹性记忆能力弹性记忆能力所致。挤出胀大现象影响到挤出制品的质量，所致。挤出胀大现象影响到挤出制品的质量，对挤出成型工艺及挤出口模和机头设计至关对挤出成型工艺及挤出口模和机头设计至关重要重要。 djD4 不稳定流动和熔体破裂现象不稳定流动和熔体破裂现象 高分子
17、熔体从口模挤出时，当挤出速率（或高分子熔体从口模挤出时，当挤出速率（或应力）过高，应力）过高，超过某一临界剪切速率（或临超过某一临界剪切速率（或临界剪切应界剪切应c），），就容易出现弹性就容易出现弹性湍流湍流，导致流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙。随着挤出速率动不稳定，挤出物表面粗糙。随着挤出速率的增大，可能先后出现的增大，可能先后出现波浪形、鲨鱼皮形、波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变竹节形、螺旋形畸变，最后导致完全无规则最后导致完全无规则的的挤出物断裂挤出物断裂，称之为熔体破裂现象，称之为熔体破裂现象。 这也是高分子熔体弹性行为的典型表现。熔这也是高分子熔体弹性行为的典型表现。熔体破裂
18、现象影响着高分子材料加工的质量和体破裂现象影响着高分子材料加工的质量和产率的提高（受临界剪切速率的影响）。产率的提高（受临界剪切速率的影响）。波浪形鲨鱼皮形竹节形螺旋形不规则破碎形5 无管虹吸，拉伸流动和可纺性无管虹吸，拉伸流动和可纺性l对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。吸现象立即终止。l对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体系，水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，
19、这种现象称无管虹吸效应称无管虹吸效应。 无管侧吸效应无管侧吸效应无管侧吸效应无管侧吸效应将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若使烧杯的位将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若使烧杯的位置部分回复，以致杯中平衡液面低于烧杯边缘，置部分回复，以致杯中平衡液面低于烧杯边缘，但是高分子液体仍能沿壁爬行，继续维持流出烧但是高分子液体仍能沿壁爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流光为止。杯，直至杯中的液体全部流光为止。这些现象都与高分子液体的这些现象都与高分子液体的弹性行为弹性行为有关，有关，这种液体的弹性性质使之容易产生拉伸流动，这种液体的弹性性质使之容易产生拉伸流动，而且拉伸液流的自由表面相当稳定。而且拉伸
20、液流的自由表面相当稳定。实验表明，高分子浓溶液和熔体都具有这种实验表明，高分子浓溶液和熔体都具有这种性质，因而能产生稳定的性质，因而能产生稳定的连续拉伸形变，具连续拉伸形变，具有良好的纺丝和成膜能力。有良好的纺丝和成膜能力。6 各种次级流动各种次级流动 研究表明，高分子液体在均匀压力梯度下通过研究表明，高分子液体在均匀压力梯度下通过非圆形非圆形管道流动管道流动时，往往在时，往往在主要的纯轴向流动上，附加出现主要的纯轴向流动上，附加出现局部区域性的环流，局部区域性的环流，称为次级流动，或二次流动，在称为次级流动，或二次流动，在通过截面有变化的流道时，有时也发生类似的现象，通过截面有变化的流道时，
21、有时也发生类似的现象，甚至更复杂的还有三次，四次流动等。甚至更复杂的还有三次，四次流动等。椭圆管道椭圆管道锥形口模锥形口模牛顿流体旋转时的次级流动是牛顿流体旋转时的次级流动是离心力离心力造成的造成的高分子液体的次级流动方向往往与牛顿型流高分子液体的次级流动方向往往与牛顿型流体相反，是由体相反，是由粘弹力和惯性力粘弹力和惯性力综合形成的。综合形成的。这种反常的次级流动在流道与模具设计中十这种反常的次级流动在流道与模具设计中十分重要。分重要。7 孔压误差和弯流压差孔压误差和弯流压差 测量流体内压力时，若压力传感器端面安装测量流体内压力时，若压力传感器端面安装得低于流道壁面，形成凹槽，则测得的高分得
22、低于流道壁面，形成凹槽，则测得的高分子液体的内压力将低于压力传感器端面安装子液体的内压力将低于压力传感器端面安装得与流道壁面相平时测得的压力，如下图中得与流道壁面相平时测得的压力，如下图中有有ph p，这种压力测量误差称孔压误差。，这种压力测量误差称孔压误差。 其产生原因被认为在凹槽附近，流线发生弯其产生原因被认为在凹槽附近，流线发生弯曲，但曲，但法向应力差效应法向应力差效应有使流线伸直的作用，有使流线伸直的作用，于是产生背向凹槽的力。于是产生背向凹槽的力。高分子液体流经一个弯型流道时，液体对流高分子液体流经一个弯型流道时，液体对流道内侧壁和外侧壁的压力，也会因法向应力道内侧壁和外侧壁的压力，
23、也会因法向应力差效应而产生差异。通常差效应而产生差异。通常内侧壁所受的压力内侧壁所受的压力较大。较大。8 湍流减阻效应湍流减阻效应在高速的管道湍流中，若加入少许高分子物在高速的管道湍流中，若加入少许高分子物质，如聚氧化乙烯（质，如聚氧化乙烯（PEOX），聚丙烯酰胺），聚丙烯酰胺（PAAm），则管道阻力将大为减少，又称），则管道阻力将大为减少，又称Toms效应。效应。 机理目前尚不完全清楚，但肯定与高分子长机理目前尚不完全清楚，但肯定与高分子长链柔性分子的拉伸特性有关。具有弹性的大链柔性分子的拉伸特性有关。具有弹性的大分子链的取向改变管流内部的湍流结构，使分子链的取向改变管流内部的湍流结构，使流
24、动阻力大大减少。流动阻力大大减少。石油开采、输运、抽水灌溉、循环水等工农石油开采、输运、抽水灌溉、循环水等工农业生产中具有重要意义。业生产中具有重要意义。9 触变性和震凝性触变性和震凝性 触变性（触变性（thixotropic）和震凝性（）和震凝性（rheopectic）指在）指在等等温条件下，某些液体的流动粘度随外力作用时间的长温条件下，某些液体的流动粘度随外力作用时间的长短发生变化的性质短发生变化的性质。粘度变小的称触变性，变大的称。粘度变小的称触变性，变大的称震凝性，或称反触变性。震凝性，或称反触变性。触变性和震凝性流体表现出奇异的流动曲线。触变性和震凝性流体表现出奇异的流动曲线。 触变
25、性触变性: :一些高分子胶冻一些高分子胶冻/ /高浓度的聚合物溶高浓度的聚合物溶液液/ /一些填充高分子体系如炭黑混炼橡胶。可一些填充高分子体系如炭黑混炼橡胶。可怕的沼泽地也可归于触变性流体。怕的沼泽地也可归于触变性流体。 震凝性震凝性: :适当调和的淀粉糊适当调和的淀粉糊/ /工业用混凝土浆工业用混凝土浆/ /某些相容性差的高分子填充体系等某些相容性差的高分子填充体系等 值得指出的是，一般触变过程和震凝过程均值得指出的是，一般触变过程和震凝过程均规定为等温过程；凡触变体均可视为剪切变规定为等温过程；凡触变体均可视为剪切变稀的假塑性体，但假塑性体未必为触变体；稀的假塑性体，但假塑性体未必为触变
26、体；同样，凡震凝体均可视为剪切变稠的胀流性同样，凡震凝体均可视为剪切变稠的胀流性体，但胀流性体未必为震凝体体，但胀流性体未必为震凝体粘流态是指高分子材料处于流动温度（粘流态是指高分子材料处于流动温度（ T T f f ）和）和分解温度（分解温度（ T Td d ）之间的一种凝聚态）之间的一种凝聚态 。 绝大多数线型高分子材料具有粘流态。绝大多数线型高分子材料具有粘流态。第四节 高分子材料粘流态特征及流动机理粘流态粘流态结晶聚合物的温度结晶聚合物的温度-形变曲线形变曲线非晶与结晶聚合物的温度非晶与结晶聚合物的温度-形变曲线形变曲线 非晶态线型聚合物非晶态线型聚合物的温度的温度-形变曲线形变曲线对
27、非晶的无定型聚合物而言，温度对非晶的无定型聚合物而言，温度高于流动温度高于流动温度Tf即进入粘流态。即进入粘流态。 分子量低时，温度高于分子量低时，温度高于T m T m 即进入粘流态；即进入粘流态；分子量高时，温度高于分子量高时，温度高于TfTf 才进入粘流态才进入粘流态表表6-1 部分聚合物的流动温度部分聚合物的流动温度聚合物聚合物流动温度流动温度 /聚合物聚合物流动温度流动温度 / 天然橡胶天然橡胶126-160聚丙烯聚丙烯200-220低压聚乙烯低压聚乙烯170-200聚甲基丙烯聚甲基丙烯酸甲酯酸甲酯190-250聚氯乙烯聚氯乙烯165-190尼龙尼龙66250-270聚苯乙烯聚苯乙烯
28、170聚甲醛聚甲醛170-190 大分子流动的本质大分子流动的本质 研究表明，粘流态下大分子流动的基本结构单研究表明，粘流态下大分子流动的基本结构单元不是大分子整链，而是链段，分子整链的运动元不是大分子整链，而是链段，分子整链的运动实际上是通过链段的相继运动实现的。实际上是通过链段的相继运动实现的。当熔体分子量低时，粘流活化能随分子量增当熔体分子量低时，粘流活化能随分子量增大而增大。大而增大。分子量到达一定值时，活化能分子量到达一定值时，活化能E趋于恒定，趋于恒定，与该恒定值对应的最低分子量相当于与该恒定值对应的最低分子量相当于2030个个C原子组成的链段的大小。原子组成的链段的大小。 说明说
29、明.链段链段分子整链分子整链分子整链的运动如同一条蛇的蠕动分子整链的运动如同一条蛇的蠕动1.1.交联和体型高分子材料不具有粘流态，如硫化橡胶交联和体型高分子材料不具有粘流态，如硫化橡胶及酚醛树脂，环氧树脂，聚酯等热固性树脂。及酚醛树脂，环氧树脂，聚酯等热固性树脂。几点说明几点说明2.2.某些刚性分子链和分子链间有强相互作用的聚合物，某些刚性分子链和分子链间有强相互作用的聚合物，如纤维素酯类，聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等，如纤维素酯类，聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等，其分解温度低于流动温度，因而也不存在粘流态。其分解温度低于流动温度，因而也不存在粘流态。3.3.在粘流态下，材料的形变除有不
30、可逆的流动成份外，在粘流态下，材料的形变除有不可逆的流动成份外，还有部分可逆的弹性形变成份，因此这种流动称为流还有部分可逆的弹性形变成份，因此这种流动称为流变性，或称为变性，或称为“弹性流动弹性流动”或或“类橡胶液体流动类橡胶液体流动”。一些高分子液体的零剪切粘度参考值 高 聚 物温度()MW0(Pas)高 聚 物温度()MW0(Pas)高密度聚乙烯1901052104聚丁二烯10021054104低密度聚乙烯1701053102聚异戊二烯1002105104聚丙烯22031053103聚氧乙烯7031043102聚异丁烯100105104聚对苯二甲酸乙二酯27031043102聚苯乙烯220
31、2.51055103聚酰胺62703104102聚氯乙烯19041044104聚碳酸酯3003104103聚乙酸乙烯酯2001052102聚二甲基硅氧烷30031052103聚甲基丙烯酸甲酯2001055104流动与变形：流动与变形：紧密相关紧密相关在在时间时间长河中，万物皆流，万物皆变。长河中，万物皆流，万物皆变。流动可视为广义的变形流动可视为广义的变形变形也可视为广义的流动变形也可视为广义的流动两者的差别主要在于两者的差别主要在于外力作用时间的长短及观察外力作用时间的长短及观察者观察时间的不同者观察时间的不同。 从字面理解，软物质是指触摸起来感觉柔软从字面理解，软物质是指触摸起来感觉柔软的
32、那类凝聚态物质。严格些讲，软物质是指的那类凝聚态物质。严格些讲，软物质是指相对于相对于弱弱的外界影响，比如施加给物质瞬间的外界影响，比如施加给物质瞬间的或微弱的刺激，都能作出的或微弱的刺激，都能作出相当显著相当显著响应和响应和变化的那类凝聚态物质变化的那类凝聚态物质。 什么是软物质？ 流变学研究的主要对象就是这类流变学研究的主要对象就是这类“软物质软物质”，尤其是高分子溶液和熔体，尤其是高分子溶液和熔体， 微弱的外力变化微弱的外力变化- -改变其流动或变形状态，改变其流动或变形状态， 微弱的结构变化微弱的结构变化- -表现出完全不同的流变性质。表现出完全不同的流变性质。 如：如：de Genn
33、esde Gennes以天然橡胶树汁为例，在树汁以天然橡胶树汁为例，在树汁分子中，只要平均每分子中，只要平均每200200个碳原子中有个碳原子中有一一个与个与硫发生反应，就会使流动的橡胶树汁变成固硫发生反应，就会使流动的橡胶树汁变成固态的橡胶。态的橡胶。 层流、过渡流、湍流 湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为分层流动，互不混合，称为层流层流，也称为稳流或片流；，也称为稳流或片流； 逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称
34、摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为为过渡流过渡流； 当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流湍流，又称为，又称为乱流、扰流或紊流乱流、扰流或紊流。虹吸 虹吸原理：就是连通器的原理，虹吸原理：就是连通器的原理， 加在密闭容器里液体上的压强，加在密闭容器里液体上的压强， 处处都相等。而虹吸管里灌满水，没有气，处处都相等。而虹吸管里灌满水，没有气，末水端水位高，出水口用手掌或其他物体封末水端水位高，出水口用手掌或其他物体封闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好闭住。此时管内压强处处相等。一切安置好后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，后，打开出水口，虽然两边的大气压相等，但是末水端的水位高，压强大，推动水不断但是末水端的水位高，压强大，推动水不断流出出水口流出出水口
