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1 引言

    經過幾十年深入細致的研究工作, 聚合物科學與工程已經成為了一個成熟的領域，然而，在高分子物理的三大分支(結晶，玻璃化轉變和流變學)中，還存在著巨大的挑戰，由于聚合物體系的鏈動力學和流變特性具有普適性，從分子角度研究聚合物流變學意義重大， 隨著20世紀70年代末期Doi- Edwards管形模型的出現，纏結聚合物流體流變特性的理論描述成為了現實。由于聚合物流變學理論和實驗的吻合， 多年來似乎已經沒有能引起學者關注了。

    石油基通用高分子產品, 如熱塑性塑料和橡膠已經成為傳統制造業的代表。許多世界著名的化工公司(如陶氏化學),，正在迅速甩掉他們的傳統核心業務，例如把聚烯烴產業賣給中東國家。中國面臨的主要競爭就來自于這些新對手。當前形勢給中國帶來兩大問題：(1) 發達國家企業的產品技術含量高，通常這些企業的熱塑性塑料和橡膠更容易加工， 因此,這些來自于中東國家的熱塑性塑料和橡膠的性能、加工性及價格都更具競爭力，從而有可能取代中國市場的產品；(2) 什么樣的分子鏈結構和分子量分布具有良好的性能，什么樣的聚合物具有優異的加工性，諸如此類問題雖然很重要，但即便在發達國家，絕大多數此類問題仍有待解決。歐美國家生產的熱塑性塑料和橡膠也面臨加工困難的問題。西方國家將聚烯烴產業轉給第三世界國家的同時也放棄了解決加工性難題的職責。照目前的趨勢，西方國家可能不再將科研經費投入到進一步改善聚烯烴加工性的問題上。為了在激烈的全球市場競爭中占有一席之地，中國只有馬上做合理的投資才有可能將這些挑戰化轉為機遇。

    考慮到化學工業和聚合物產業的規模、正在壯大的中國經濟規模以及來自擁有西方先進技術的中東國家的激烈競爭，中國必須發展自己的聚烯烴和橡膠加工技術。對于傳統弱勢科研項目，即聚合物加工和流變學領域，中國需要投入新的更大的科研力量。

    流變學領域正在經歷著深刻的變革，中國有必要抓住新形勢積極參與其進一步的發展。下面我們先回顧一下聚合物流變領域的基本特征及最新發展。

    聚合物流變學是聚合物材料加工的基礎，它考慮的是最簡單模式的形變，如簡單剪切和單軸拉伸。倘若人們誤以為僅僅研究纏結聚合物的穩態流動特性就足夠了，他們將會把流變學描述建立在均勻形變/流動的框架上，以為聚乙烯，聚丙烯，聚丁二烯和聚異戊二烯等常見高分子熔體都會在一個平均場中流動。的確，我們通常忽略初始響應。而實際上，聚合物加工常涉及到瞬時響應。 比如，聚合物熔體在加工過程中，在口模處被擠入一條狹窄流道，經歷了快速變形。有必要弄清楚聚合物流體經歷快速外部變形后的纏結狀態。邏輯上講，要了解穩態流動必需考查其形成過程，因為迅速變形中的起始力學響應絕不是流動。

    認識到建立非線性纏結聚合物流唯象學的重要性，我們近期發展了粒子跟蹤測速(particle-tracking velocimetry-PTV)監測手段。宏觀證據表明纏結聚合物流體有三種主要屈服變形模式：(i) 初始形變，(ii)大振幅震蕩剪切，(iii) 階躍應變。纏結聚合物作為一種瞬態固體經不起持續增長的彈性變形，而遭遇斷裂。纏結聚合物在快速的外部變形下，最終從彈性(可逆)形變轉為流動態(不可逆形變)。在這種屈服過程中，纏結結構受非均勻破裂而發生隨后的流動，與教科書中的均勻變形假設不一致。

    觀測到階躍大應變后的宏觀運動是其中重大的發現之一。實驗證明由于鏈纏結產生的內聚力可以被瞬時大變形所產生的彈性應力破壞。這種彈性屈服現象表明有必要把纏結聚合物看做一個多鏈系統。以管形理論為基礎的單鏈平均場的描述似乎并不充分。至少管形理論既不能預測彈性屈服，也不能真實預知初始剪切時出現的剪切帶。文獻簡要討論了實驗上發現的纏結聚合物的流變行為與管形理論描述之間的差異。下面列舉聚合物流變學未來值得關注的研究方向。