1 引言

    经过几十年深入细致的研究工作, 聚合物科学与工程已经成为了一个成熟的领域，然而，在高分子物理的三大分支(结晶，玻璃化转变和流变学)中，还存在着巨大的挑战，由于聚合物体系的链动力学和流变特性具有普适性，从分子角度研究聚合物流变学意义重大， 随着20世纪70年代末期Doi- Edwards管形模型的出现，缠结聚合物流体流变特性的理论描述成为了现实。由于聚合物流变学理论和实验的吻合， 多年来似乎已经没有能引起学者关注了。

    石油基通用高分子产品, 如热塑性塑料和橡胶已经成为传统制造业的代表。许多世界著名的化工公司(如陶氏化学),，正在迅速甩掉他们的传统核心业务，例如把聚烯烃产业卖给中东国家。中国面临的主要竞争就来自于这些新对手。当前形势给中国带来两大问题：(1) 发达国家企业的产品技术含量高，通常这些企业的热塑性塑料和橡胶更容易加工， 因此,这些来自于中东国家的热塑性塑料和橡胶的性能、加工性及价格都更具竞争力，从而有可能取代中国市场的产品；(2) 什么样的分子链结构和分子量分布具有良好的性能，什么样的聚合物具有优异的加工性，诸如此类问题虽然很重要，但即便在发达国家，绝大多数此类问题仍有待解决。欧美国家生产的热塑性塑料和橡胶也面临加工困难的问题。西方国家将聚烯烃产业转给第三世界国家的同时也放弃了解决加工性难题的职责。照目前的趋势，西方国家可能不再将科研经费投入到进一步改善聚烯烃加工性的问题上。为了在激烈的全球市场竞争中占有一席之地，中国只有马上做合理的投资才有可能将这些挑战化转为机遇。

    考虑到化学工业和聚合物产业的规模、正在壮大的中国经济规模以及来自拥有西方先进技术的中东国家的激烈竞争，中国必须发展自己的聚烯烃和橡胶加工技术。对于传统弱势科研项目，即聚合物加工和流变学领域，中国需要投入新的更大的科研力量。

    流变学领域正在经历着深刻的变革，中国有必要抓住新形势积极参与其进一步的发展。下面我们先回顾一下聚合物流变领域的基本特征及最新发展。

    聚合物流变学是聚合物材料加工的基础，它考虑的是最简单模式的形变，如简单剪切和单轴拉伸。倘若人们误以为仅仅研究缠结聚合物的稳态流动特性就足够了，他们将会把流变学描述建立在均匀形变/流动的框架上，以为聚乙烯，聚丙烯，聚丁二烯和聚异戊二烯等常见高分子熔体都会在一个平均场中流动。的确，我们通常忽略初始响应。而实际上，聚合物加工常涉及到瞬时响应。 比如，聚合物熔体在加工过程中，在口模处被挤入一条狭窄流道，经历了快速变形。有必要弄清楚聚合物流体经历快速外部变形后的缠结状态。逻辑上讲，要了解稳态流动必需考查其形成过程，因为迅速变形中的起始力学响应绝不是流动。

    认识到建立非线性缠结聚合物流唯象学的重要性，我们近期发展了粒子跟踪测速(particle-tracking velocimetry-PTV)监测手段。宏观证据表明缠结聚合物流体有三种主要屈服变形模式：(i) 初始形变，(ii)大振幅震荡剪切，(iii) 阶跃应变。缠结聚合物作为一种瞬态固体经不起持续增长的弹性变形，而遭遇断裂。缠结聚合物在快速的外部变形下，最终从弹性(可逆)形变转为流动态(不可逆形变)。在这种屈服过程中，缠结结构受非均匀破裂而发生随后的流动，与教科书中的均匀变形假设不一致。

    观测到阶跃大应变后的宏观运动是其中重大的发现之一。实验证明由于链缠结产生的内聚力可以被瞬时大变形所产生的弹性应力破坏。这种弹性屈服现象表明有必要把缠结聚合物看做一个多链系统。以管形理论为基础的单链平均场的描述似乎并不充分。至少管形理论既不能预测弹性屈服，也不能真实预知初始剪切时出现的剪切带。文献简要讨论了实验上发现的缠结聚合物的流变行为与管形理论描述之间的差异。下面列举聚合物流变学未来值得关注的研究方向。