流变学的基本定义

流变学的基本定义：

Malkin3指出，流变学是研究材料力与形变之间关系的科学，主要研究材料流动(flow)、形变(deformation)或由力(时间)所导致的效应之间的关系。从这个意义上讲，Newton-Stokes 定律和Hooke定律实际上是流变学的两种极限情况。

每个模型都是采用不同程度的近似来描述(代表)真实材料的特性。Newton- Stokes Hooke对工料来说不够精确，流变学以更严格和更复杂的定律和方程，给出了比经典Newton-Stokes 定律和Hooke定律更好的、更接近实际情况的描述。

Newton-Stokes 定Hooke个象学定律考虑物质固有结构和性质3。普遍认为，物质是由分子和分子间的空位组成，这意味着现实中的任何物质体都是异质、非均相的。然而实际观测时物质多被看作是一个没有空洞和空位的、均质且连续的物体。在此，需引人空间的观测尺度概念。

当观测尺度足够大时，才可区分单个分子或链段。分子的特征尺寸(其横截面或几个键的长度)约为1nm。也就是说，只有当观测尺度为10nm 量级时，才能忽略分子本身的结构。即若想将一个物体视为均一体系，其特征体积的数量级应大于10³nm，这就是物理上一个“质点”的实际大小。而哲学或几何上的点是一个无限小或零体积的物体。物理“质点”包含约 104个分子或大分子链段。在“质点”的整个体积内，所有分子尺度的涨落是平均的。如果“质点”内的分子数量足够大，可以进行平滑或平均处理。

考虑到物理质点的实际尺度，可以将无穷小量(与几何上的点有关)的数学解析方法用于物理介质中，即基于物理的分析形式外推至尺度无限小。因为几乎所有的实际应用中，极小体积内发生的现象可忽略不计。但对基于物质分子结构解释观测到的宏观事实，了解分子发生了什么变化或如何发生分子间相互作用时，需要通过包含多个分子的微观体积和平均处理来阐述物体的宏观性质，就不能用简单的外推法了。

流变学主要考虑均匀、连续的介质，关注小于 10nm 的尺度。在更大的尺度上，物体可具有结构并呈非均相特征。例如，一个物体可以是多组分的混合物，且组分间有一定的界面过渡层。填充高分子材料(如添加矿物颗粒的塑料)就是典型的非均相体系，其中填料可形成统计学意义上的或排列规整的结构(如在增强塑料中)。某些大尺度观测中，可将介质视为均相，内部差异平均化，例如许多天文观测，太阳和地球是相当均匀的，而且可以被视为“点”。在其他情况下(如增强塑料)，则必须考虑非均相的作用。任何情况下，远远大于特征分子的尺寸才会视为非均相。

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流变学研究各种真实且连续介质的行为。对于有限大小的物体，“行为”意味着外部作用(施加在物体上的力)和内部反应(物体形状的变化)之间的关系。对于连续介质，可以考察某点的力与形变之间的关系，即一个物体中两个任意点之间距离的变化，这种方法可避免考虑物体作为一个几何整体的问题，仅关心其实质性的、固有的性质。由此可给出流变学的定义:研究具有不同性质的、连续介质的力学性质，即确定“在一个参照点上”物质的力和运动之间的关系。流变学是一门研究固体、液体、中间工艺和产物(材料)力学性质的科学，且可通过模型描述这些材料行为的基本特性。材料的行为是力与形变之间的关系，模型可给出相应的数学表达式，包括由模型表示的流变特性(即数学图像)和反映材料特性的模型参数。

流变学模型与物理学的“点”有关。这个“点”是包含足够多分子的物理对象，物质的分子结构可忽略，故视为连续介质。流变学分析基于连续介质理论，即假设:

(1)从一个几何点到另一个几何点的过渡过程是连续的、不间断的，可用无穷小量的数学分析方法，不连续仅出现在边界上。

(2)温分布或其他原因)，但这种变化是逐渐发生的，反映在连续介质理论方程描述材料性质时的空间依赖性上。对于被不连续性边界表面包围的材料的任何部分，必须由所对应的特定模型描述。

(3)连续性理论包括沿不同方向的材料性质各向异性的概念。

材料的流变行为取决于观察(实验)时间和空间尺。前者是衡量材料固有的过程速率与实验和/或观察时间之比的重要指标，后者决定了材料是同质还是异质结构。根据实际工艺和物质的流变特性,可对其行为进行宏观描述。不同材料(塑料和陶瓷、乳液和分散体)的合成、加工和成形技术(如在化学和食品工业、制药、化妆品、运输、石油工业等方面，材料的长期特性)、自然现象(如泥石流和冰川的运动)以及生物问题(血液循环动力学、骨骼工作)中，流变学模型均获得广泛应用。

流变学的首要目标是寻找各种工艺和工程材料的应力-形变关系，以解决与材料的连续介质力学有关的宏观问题。流变学的第二个目标是建立材料流变特性与其分子组成之间的关系，涉及材料的定量估算、分子运动规律的理解和分子间相互作用。其中“微流变学”(microrheology)与爱因斯坦(Einstein)的经典著作有关，专门研究悬浮液的黏性性质，不仅关注物理点的运动，还关注形变中介质内部点发生的变化。

就流变学研究对象而言，由于在有限时间范围高分子存在并呈现出丰富的力学、化学及材料性质与功能的弛豫谱，丰富的硬-软材料性质以及如应变滞后(strain hysteresis)、剪切变稀(shearthinning)、离模膨胀(dieswell) 爬杆效应(又称魏森贝格效应，Weissenberg effect)等奇异的流变现象，因而，高分子成为流变学最主要的研究对象之一，这是高分子长链特征、分子量宽分布以及组分(组成)的多样性所赋予的。