聚合物流变学的发展历程

古大治^[3]介绍了流变学发展的历史。20世纪40年代，化学工业的发展提供了大量新材料，尤其是聚合物材料工业的兴起，几个经典本构模型已不能解释新材料科学面临的复杂力学响应。一则由于工业发展的迫切需要，二则由于科学理论的日趋成熟，几十年来聚合物流变学得以突飞猛进的发展。

在科学理论方面，现代连续介质流变学理论是从M. Reiner开始的。1945年，M. Reiner研究流体的非线性黏弹性理论和有限弹性形变理论指出，施以正比于转速平方的压力，可以不出现爬杆现象的Weissenberg效应。1947年，Weissenberg收集了发表的复杂流体非线性力学响应的一些实验结果。时隔不久，R. S. Rivlin解决了著名历史难题Poynting效应，得到了不可压缩弹性圆柱体扭转时会沿轴向伸长的精确解。这两方面成就鼓舞流变学家开始深入研究聚合物材料的非线性黏弹性和流变本构理论，取得了巨大进展。1947—1949年，Rivlin唯象处理了高弹性橡胶的形变问题，系统展开了不可压缩Reiner流体的动力学，开创了有限弹性应变的现代理论。20世纪50年代，非牛顿本构模型的研究是流变学的现代连续介质力学理论发展的重要阶段。1950年，Oldroyd发表的重要论文是这个阶段的一个里程碑，在方法论上奠定本构理论的基础。20世纪50年代中后期，Rivlin，Erickson和Green为代表与Truesdell，Noil等为代表的两个学派，差不多同时独立地对现代连续介质流变学理论体系的形成做出了巨大贡献。

在工业发展方面，20世纪中叶以来，地质勘探领域、化学工业、食品加工、生物医学、国防航天、石油工业，以及大规模地上和地下建筑工程，特别是聚合物材料合成和加工工业的大规模发展，为流变学研究带来丰富的的内容和素材，提供了广阔的研究领域，使流变学成为20世纪中叶以来发展最快的新科学之一。

1991年，在研究聚合物浓厚体系的非线性黏弹性理论方面，诺贝尔物理学奖得主法国科学家de Gennes以“软物质”(soft matter)为题作为颁奖仪式的演讲题目。他以天然橡胶树汁为例，在树汁分子中平均每200个碳原子中有一个与硫发生反应，就会使流动的橡胶树汁变成固态的橡胶。他首次提出在固体和液体之间存在着一类“软物质”的概念，提出大分子链的蛇行蠕动模型，讨论了“缠结”(entanglement)对聚合物浓厚体系黏弹性的影响，揭示了聚合物这类物质因弱外力作用而发生明显状态变化的软物质特性。软物质是指施加给物质瞬间的或微弱的刺激，都能做出相当显著响应和变化的那类凝聚态物质。流变学研究的主要对象就是这类“软物质”，尤其是聚合物溶液和熔体。(www.xing528.com)

近30年来，结构流变学 (分子流变学)研究获得了长足的进步，可以根据分子结构参数定量预测溶液的流变性质。由于de Gennes和Doi-Edwards对聚合物浓厚体系和亚浓体系的出色研究工作，将多链体系简化为一条受限制的单链体系，熔体中分子链的运动视为限制在管形空间的蛇行蠕动，得到较符合实际的本构方程。结构流变学的进展对流变学和聚合物凝聚态物理基础理论研究具有重要的价值。

2004年，Denn^[4]在“非牛顿流体力学五十年”的综述文章中，介绍了非牛顿流体力学发展和工作，包括非线性流体、弹性数、湍流减阻、熔体细丝破裂、入口收敛流动、流动不稳定性、壁面滑移、接触表面黏结破坏和空化现象以及各向异性流体。由于多数生物流体是非牛顿流体，流变学正在向生物领域渗透。随着科学技术的发展，聚合物材料的迅猛发展，使非牛顿流体力学成为流体力学的领域一个活跃重要的分支。