剪切力学性质变化的机理和规律是高分子物理学的研究内容之一,它涉及到高分子分子链的构象、动力学、热力学、相变、流变学等方面的知识。不同类型的高分子材料在剪切条件下的表现也不尽相同,有的表现为剪切变稀,即随着剪切速率的增加,材料的粘度降低;有的表现为剪切增稠,即随着剪切速率的增加,材料的粘度升高。这些现象的出现都与高分子分子链的取向、缠绕、纠缠、断裂、重组等过程有关,它们反映了高分子材料的内部结构和状态的变化。
1. 剪切变稀
大多数高分子材料其主链由碳碳单键连接而成,σ电子云具有轴对称性,由碳碳单键连接的两个碳原子可以作绕轴相对旋转而不影响碳碳单键的稳定性,称为内旋转。具有一定柔顺性的高分子链所组成的高分子液体在流动时受到剪切力的作用,高分子链可以通过内旋转改变自身构象而沿外力方向取向,取向后的高分子链间相对流动阻力减少,出现黏度随剪切速率增大而减小的实验现象,这就是“剪切变稀”。例如,在生活中,夏天家里煮稀饭,为了使很烫的稀饭快些凉下来,用筷子搅和,以便散热,但是粥越搅越稀。因为大米的主要成分是淀粉,是一种高分子材料,大量淀粉溶解在水中形成的浓溶液也必然具有高分子液体所具有的奇异流变现象“剪切变稀”,也就是这里的“越搅越稀”。
2 剪切增稠
非牛顿流体具有剪切增稠的性质,剪切增稠材料作为一种 新型智 能材料 , 黏度 能够随着外界应力 或应变 的 变化而迅速增大 ,从而对外 部的 物理作用 产 生一定 的 抵抗 。目 前 ,人们 已将这种性能广泛应用 到各种缓冲减震 ,阻尼 隔 音等场景 中 , 但是 由 于 剪切 增 稠材料本身流动 性强 , 无法保持一定 的形状 ,给最终 的应用 带来诸多 不便 。纺织材料的加工工艺成熟 , 纺织 品 柔软多孔 , 应用广泛 ,可用作复合材料 的 骨架 ,通过将剪切增稠材料与 纺织材料进行复合 或者利用 纺织方法加 工剪切增稠 流体材料 ,为安全防护用 纺织 品 的 开发指 明了新的道路 。