流變學(xué)研究各種真實(shí)且連續(xù)介質(zhì)的行為。對(duì)于有限大小的物體,“行為”意味著外部作用(施加在物體上的力)和內(nèi)部反應(yīng)(物體形狀的變化)之間的關(guān)系。對(duì)于連續(xù)介質(zhì),可以考察某點(diǎn)的力與形變之間的關(guān)系,即一個(gè)物體中兩個(gè)任意點(diǎn)之間距離的變化,這種方法可避免考慮物體作為一個(gè)幾何整體的問(wèn)題,僅關(guān)心其實(shí)質(zhì)性的、固有的性質(zhì)。由此可給出流變學(xué)的定義:研究具有不同性質(zhì)的、連續(xù)介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì),即確定“在一個(gè)參照點(diǎn)上”物質(zhì)的力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。流變學(xué)是一門(mén)研究固體、液體、中間工藝和產(chǎn)物(材料)力學(xué)性質(zhì)的科學(xué),且可通過(guò)模型描述這些材料行為的基本特性。材料的行為是力與形變之間的關(guān)系,模型可給出相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,包括由模型表示的流變特性(即數(shù)學(xué)圖像)和反映材料特性的模型參數(shù)。
流變學(xué)模型與物理學(xué)的“點(diǎn)”有關(guān)。這個(gè)“點(diǎn)”是包含足夠多分子的物理對(duì)象,物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)可忽略,故視為連續(xù)介質(zhì)。流變學(xué)分析基于連續(xù)介質(zhì)理論,即假設(shè):
(1)從一個(gè)幾何點(diǎn)到另一個(gè)幾何點(diǎn)的過(guò)渡過(guò)程是連續(xù)的、不間斷的,可用無(wú)窮小量的數(shù)學(xué)分析方法,不連續(xù)僅出現(xiàn)在邊界上。
(2)溫分布或其他原因),但這種變化是逐漸發(fā)生的,反映在連續(xù)介質(zhì)理論方程描述材料性質(zhì)時(shí)的空間依賴(lài)性上。對(duì)于被不連續(xù)性邊界表面包圍的材料的任何部分,必須由所對(duì)應(yīng)的特定模型描述。
(3)連續(xù)性理論包括沿不同方向的材料性質(zhì)各向異性的概念。
材料的流變行為取決于觀察(實(shí)驗(yàn))時(shí)間和空間尺。前者是衡量材料固有的過(guò)程速率與實(shí)驗(yàn)和/或觀察時(shí)間之比的重要指標(biāo),后者決定了材料是同質(zhì)還是異質(zhì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際工藝和物質(zhì)的流變特性,可對(duì)其行為進(jìn)行宏觀描述。不同材料(塑料和陶瓷、乳液和分散體)的合成、加工和成形技術(shù)(如在化學(xué)和食品工業(yè)、制藥、化妝品、運(yùn)輸、石油工業(yè)等方面,材料的長(zhǎng)期特性)、自然現(xiàn)象(如泥石流和冰川的運(yùn)動(dòng))以及生物問(wèn)題(血液循環(huán)動(dòng)力學(xué)、骨骼工作)中,流變學(xué)模型均獲得廣泛應(yīng)用。
流變學(xué)的首要目標(biāo)是尋找各種工藝和工程材料的應(yīng)力-形變關(guān)系,以解決與材料的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有關(guān)的宏觀問(wèn)題。流變學(xué)的第二個(gè)目標(biāo)是建立材料流變特性與其分子組成之間的關(guān)系,涉及材料的定量估算、分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解和分子間相互作用。其中“微流變學(xué)”(microrheology)與愛(ài)因斯坦(Einstein)的經(jīng)典著作有關(guān),專(zhuān)門(mén)研究懸浮液的黏性性質(zhì),不僅關(guān)注物理點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),還關(guān)注形變中介質(zhì)內(nèi)部點(diǎn)發(fā)生的變化。
就流變學(xué)研究對(duì)象而言,由于在有限時(shí)間范圍高分子存在并呈現(xiàn)出豐富的力學(xué)、化學(xué)及材料性質(zhì)與功能的弛豫譜,豐富的硬-軟材料性質(zhì)以及如應(yīng)變滯后(strain hysteresis)、剪切變稀(shearthinning)、離模膨脹(dieswell) 爬桿效應(yīng)(又稱(chēng)魏森貝格效應(yīng),Weissenberg effect)等奇異的流變現(xiàn)象,因而,高分子成為流變學(xué)最主要的研究對(duì)象之一,這是高分子長(zhǎng)鏈特征、分子量寬分布以及組分(組成)的多樣性所賦予的。