第1章流變學概論 1



1.1流變學的發展歷史 1



1.2流變學的研究對像和方法 5



1.2.1流變學關於物質的定義 5



1.2.2流變學的研究方法 7



1.2.3聚合物流變學 7



1.3聚合物流變行為及特征 9



1.3.1聚合物典型的流變行為 9



1.3.2聚合物流變行為的特征 13



1.4流變學基本概念 14



1.4.1流體形變的基本類型 14



1.4.2張量 17



1.4.3本構方程 23



第2章聚合物流體的黏性與彈性 25



2.1流體的流動類型 25



2.1.1層流和湍流 25



2.1.2穩定流動和不穩定流動 26



2.1.3等溫流動和非等溫流動 26



2.1.4一維流動、二維流動和三維流動 27



2.1.5拖曳流動和壓力流動 28



2.1.6拉伸流動和剪切流動 28



2.2牛頓流體與非牛頓流體 30



    2.2.1牛頓流體 30



2.2.2非牛頓流體 31



2.3聚合物流體的黏度及其影響因素 33



2.3.1黏度概念及意義 33



2.3.2普適流動曲線 35



2.3.3黏度的測定 37



2.3.4聚合物黏度的影響因素 48



2.4聚合物流體的彈性 52



2.4.1流體彈性原理 52



2.4.2流體的幾種彈性行為 53



第3章聚合物流體的流動分析 60



3.1聚合物流體在圓管中的流動 60



3.2平行板間的壓力流動 66



3.3平行板間的拖曳流動 67



3.4環形圓管中的壓力流動 68



3.5環形圓管中的拖曳流動 69



第4章流變學基本方程及應用 70



4.1連續性方程 70



4.1.1連續性方程的推導 70



4.1.2應用範圍 74



4.2動量方程 75



4.2.1作用在運動流體上的力和應力 75



4.2.2動量方程的推導 76



4.2.3動量方程的討論 78



4.2.4物理意義與應用範圍 80



4.3能量方程 80



4.3.1內能對時間的導數與傅裡葉熱傳導定律 81



4.3.2能量方程的推導 83



4.3.3能量方程的物理意義 90



4.4平板間的拖曳流動分析 90



4.4.1簡化模型 91



4.4.2分析與求解 91



4.4.3結果討論 95



4.5雙輥筒壓延分析 95



4.5.1雙輥筒工作原理 96



4.5.2簡化模型 97



4.5.3分析與求解 97



4.5.4無量綱量 98



4.5.5壓力分布方程 99



4.5.6速度分布方程 101



4.6柱坐標繫下的流體壓力流動分析 102



4.6.1簡化模型 103



4.6.2分析與求解 105



第5章流變的測量及應用 110



5.1毛細管流變儀 111



5.1.1基本構造 111



5.1.2基本應用 115



5.2旋轉流變儀 116



5.2.1基本構造 117



5.2.2測量模式 120



5.2.3基本應用 120



5.3轉矩流變儀 121



5.3.1基本構造 121



5.3.2基本應用 122



5.4拉伸流變儀 123



5.4.1基本原理 123



5.4.2基本應用 124



5.5流變學在聚合物研究中的應用 126



5.5.1分子量以及分子量分布的測量 126



5.5.2長支鏈含量的測量 127



5.5.3部分相容聚合物的相行為研究 128



5.5.4采用MFI 確定聚合物的加工方法與用途 131



5.5.5計算流場參數和其他流變參數 132



參考文獻 133

聚合物流變學是研究聚合物流動和變形的科學，是介於力學、化學和工程科學之間的交叉科學，是現代流變學的重要分支，也是當代材料科學技術發展中的一門重要學科。研究聚合物流變學對聚合物的合成、加工、加工機械和模具的設計等均具有重要意義。



本書共5章，涵蓋聚合物流變學的基礎知識、基本理論、流變測量等內容。第1章介紹了聚合物流變學的發展歷史、研究對像及方法，簡述了聚合物典型的流變行為及特征，同時回顧了流變學中常用的力學、數學名詞及概念等。第2章主要討論聚合物流體的黏性與彈性，包括流體的類型、流體黏度的影響因素、測定方法，解釋了熔體的彈性原理和幾種典型的彈性行為。第3 章以聚合物常見的幾種流動方式——圓管中的流動、平行板間的壓力流動、平行板間的拖曳流動、環形圓管中的壓力流動、環形圓管中的拖曳流動為例，分析了聚合物流體的流動行為。第4章推導了流變學3 大基本方程——連續性方程、動量方程、能量方程，介紹了其應用範圍，
並將其應用在聚合物的平板間拖曳流動和雙輥筒壓延流動的應力、應變速率、體積流率等的分析中。第5章介紹了幾種用於流變測量的流變儀——毛細管流變儀、旋轉流變儀、轉矩流變儀、拉伸流變儀的基本構造和應用，並舉例介紹了流變學在聚合物研究中的應用。



本書注重流變學的基本理論和方法的介紹，主要面向高分子材料與工程、高分子化學與物理專業以及相關專業的本科生，奠定從事高分子材料及其加工成型過程研究、開發、生產等的理論基礎。同時，本書也可以作為有興趣於流變學和高分子科學的科研人員的參考書。



本書由馬愛潔編寫第1、2、4 章，楊晶晶、陳衛星編寫第3、5 章。在編寫和出版過程中，得到了西安工業大學的大力支持並獲得教材資助，在此一並表示感謝！



由於編者水平有限，難免存在疏漏之處，敬請讀者批評指正。



編者



2018年1月