液晶高分子溶液本构方程连续介质理论及其流动研究进展

摘要

在液晶高分子溶液和熔体理论中有从分子理论和连续介质理论等两方向的研究结果，一些有关高分子材料的书中大多侧重从分子理论出发, 较少涉及连续介质理论。液晶高分子溶液和熔体可以看成是具有特殊物理化学性质的连续介质，目前，在连续介质理论方面有Leslie-Ericksen的连续介质理论和Volkov 和Kulichikhin理论，Leslie-Ericksen理论是理性连续介质力学原理与低分子液晶理论结合，其结果已被广为应用于液晶和液晶高分子研究中，得到了高分子科学的同行的一定程度认可。在专著“液晶高分子”(周其风,1994)中,特别设置了“液晶相连续体理论”一节,这是Leslie-Ericksen 理论在液晶理论中的应用，并论述了由连续介质理论预测出的液晶高分子一系宏观行为。rn 在研究液晶高分子熔体和溶液连续介质理论中，与以上理论不同，韩式方进一步发展了液晶高分子熔体和溶液连续介质理论，认为各向异性粘弹流体的变形历史应通过变形速率张量F和旋转张量W描述。作者从理性连续介质力学出发，推广Truesdell （1951）和Ericksen （1960）建立本构方程的原理，在推广的共转Oldroyd B 模型基础上,认为本构方程中的应力分量及其共转导数以及一阶Rivlin-Ericksen 张量共转导数是ni,Ni,Aij 和旋转张量ωij的泛函，这是主要理论创新点。应用张量分析方法，在此理论基础上导出了非对称应力型的液晶高分子液体各向异性粘弹流体共转导数型本构方程，由该本构方程得出的剪切流动应力张量是非对称的，即存在第一和第二剪切应力和第一和第二表观粘度，物质函数由3 个增至4 个。在一般情形下, 作用于液晶高分子熔体和溶液的应力可分解为法向—对称部分和剪切—非对称部分两部分。在以上理论原理基础上，导出了一类有更普遍科学意义的新的液晶高分子各向异性粘弹流体共转导数型本构方程. 应用所发展的非对称本构方程连续介质理论研究了液晶高分子熔体和溶液运动问题，并成功地解析了液晶高分子溶液或熔体典型的特殊流变行为，其主要表现在以下几个方面：a、法向应力差的特殊变化; b、在剪切流动中产生的向矢翻转; c、熔体挤出时的反挤出胀大; d、由其生产高强度、高模量丝条机制等。本文并评述了应用以上本构理论研究各向异性粘弹流体非对称应力张量、各向异性流体小振幅振荡旋转流动、各向异性流体流动稳定性以及挤出拉伸流动等的进展。