Введение к работе
Актуальность темы. Вязкоупругиэ свойства полимеров привлекают весьма серьезное вникание ученых различных специальностей- физиков, химиков и механиков, так .как являются наиболее существеннши свойствами полимерных сред, отличаюдиш их от классических газов, низкоколекулярннх Рідкостей, твердых кристаллов п стекол. В разработке основ линейной вягкоупругссти принимали участие многие крупнейшие фазикк прошлого столетия. Основополагающий вклад в этой области внесли работы Узксведла п Вольцчана. Развитие имя феноменологические представлення даат формальное описание реологических свойс-л» Еявкеупругнх ^"гйтаалов, не раскривая при атом связи с их г.олекуллрпкч стрсзнпам.
В реологии полимеров имеется ряд ва-ошх проблем, котор;о, в принципе, недоступны феном9нолопїчесг:о?.!у подходу. Их репенЕв не мсжт бить достигнуто в отрыве от фундаментальных законов взашюдействия л двит-сния полиморпих колокул. Разумеется, речь идет не о том, чтобн учесть все детали взаимодействия. Имеется в виду вияснение некоторлх об^лх механизмов взаимодействия, существешшх при описании крупномасжоСкнх да/шзний макромолекул, определяющих осповиие реологические свойства полй-ерсв. К настоящему времени значительное развитие получила л?лъ г.олекуліфная теоїитя линейной вязкоупругостл разбавлении, раствороз шликеров в вязкой ньютоновской жидкости. Она принципиально закончена и требует детализации и ряда уточнений, не гвлеиздх peaawnero значения для основних положений тзории.
Фундаментальное значение имеют исследования нелинейннх эффектов, наблюдаемых при течении голимершх систем. Еаиболее
сложной и актуальной проблемой с реологии является построение нелинейной теории вязкоупругости концентрированных растворов и расплавов полимероЕ. Феноменологический подход в этой области вязкоупругости не дает однозначного решения проблемы. Отражением этой ситувции является обилие предложенных феноменологических моделей. Такое положение дал сильно затрудняет интерпретацию имепцихся экспериментальных данных и целенаправленную постановку новых направлений исследований в области нелинейной реологии полимеров. В этой связи насущной необходимостью является построение последовательной статистической теории нолинейной вязкоупругости текучих полимеров, двпцей строгое и физически адекватное решение проблемы на основе крупномасштабной динамики полимерных молекул.
В последнее время на первый план стала выдвигаться реология жидкокристаллических (Ж) полимеров, которые используются для согдвния свархвисокопрочиих материалов. Появление КК полимеров стимулировало интерес к общим . вопросам теории анизотропных вягкоупругих жидкостей. В настоящее время Есе больше ощущается необходимость построения моделей жидкостей, учитывающих особенности анизотропии, связанной с полимерной спецификой. Главной задачей исследований в этой области является последовательное изучение закономерностей реологического поведения в достаточно широком класса анизотропных ьягкоупругих жидкостей с тем, чтобы установить зависимость роологических свойств от значений групп параметров, определяющих вязкоупругую внизотропию.
і; лью работы являлось исследование крупномасштабной динамики полимерных молэкул в вязкоупругих (релаксирущих) жидкостях и построении на атой основе статистической 'теории нелинейной вязкоупругости и оптической анизотропии широкого класса полимерных
систем - разбавленных растворов полимеров в нелинейной вязкоупругой Еидкостк, изотропных и анизотропных расплавов и смесей полимеров. При этом предполагается установление Солоо тесной связи между феноменологической реологией и молекулярной нелинейной физикой полимеров для того, чтобы воспользоваться преимуществами обоих подходов. Вне зависимости от понимания физики явления, основной задачей является построение для рассматривавши полимерных гадкостей такого реологического уравнении состояния, которое достаточно адекватно отражало бы их свойства, паблвдаемые на практике и вместе ' с тем было бы достаточно простим для реиения конкретных технологических (гидродинамических) задач.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:
1. Разработан методически простой и удобный статистический подход
к анализу немарковской динамики полимерных молекул в изотропных и
анизотропных вязкоупругих хзідкостях. Подход основан из распираний
понятия состояния системы.
2. Построена молекулярно-кинетическая теорія разбавленных
растворов полимеров в нелішейной вязкоупругой жидкости с
использованием развитого в работе аппарата теории немарковских
стохастических процессов. Исследована нелинейная реооптика этих
полімерних растворов.
3. Разработана самосогласованная молекулярно-кинетическая теория
нелішейной вязкоупругости гибкоцегашх полимроЕ, которая не
использует представлений о сетке зацеплений. Она базируется на
моделировании макромолекул в виде линейных цепочек броуновских
частиц, находящихся в вязкоупругой (релаксируицей) среде. Предложен
ная теория с единых молекулярных представлений описывает наблюдаемые
явления линейной и нелішейной вязкоупругости, а также обладает
высокой предсказательной силой. Так, она предсказывает наличие в полимерах высокой молекулярной массы новой релаксационной области, связанной с супермедленными релаксационными процессами.
4. Исхода из концепции микровязкоупругости построена теория
вязкоупругости смесей полимеров.
5. Исследована анизотропная вязкоупругость ЖК полимеров на основе
предложенной в работе инвариантной теории анизотропной вязкоупругой
жидкости, свойства которой характеризуются тензором вязкости и
тензором времени релаксации. Введены в рассмотрение продольные и
поперечные (по отношению к директору) вязкости и времена релаксации
нематических полимеров.
Сказанное позволяет характеризовать совокупность разработанных в настоящей диссертационной работе методов, представлений и полученных результатов как новое важное направленно в статистической физике полимеров.
Практическая ценность. Создана теоретическая основа моделирования процессов переноса в изотропных и анизотропных полимерных жидкостях различного строения и состава. Результаты работы используются для анализа и систематизации экспериментальных данных в области реологии полимеров. Вывода, касающиеся теории вязкоупругости жидкокристаллических, полимеров, указывает новые направления экспериментальных исследований и позволяют прогнозировать анизотропию их реологических свойств. Некоторые предсказания теории yse получили экспериментальное подтверждение. Предложенный в настоящей работе статистический подход открывает новые возможности для получения реологических уравнений состояния дисперсных систем, обладавдих сложной микроструктурой.
Результата выполненных исследований использованы в различных монографиях, опубликованных в СССР и за рубежом.
Адробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях и совещаниях:
-
IX и XI-XV Всесоюзных симпозиумах по реологии (Ярославль 1976, Суздаль 1980, Рига 1982, Волгоград 1984, Клайпеда 1986, Одесса 1990).
-
VIII и IX Международных конгрессах по реологии (Неаполь 1980, Мексика 1984).
-
II и III Европейских конференциях по реологии (Прага 1986, Эдинбург 1990).
-
IX Европейской конференции по макромолекулярной физике- (Яблон-на 1979).
-
II, III п U Всесоюзных совещаниях "Математические методы для исследования полимеров" (Пущино 1982, 1983, 1985).
-
Совещании "Проблемы теории полимеров в твердой фазе" (Черноголовка 1985)..
-
Всесоюзном совещании "Теоретическая физика полимеров" (Черноголовка 1987).
-
Всесоюзном совещании "Динамик, ч макромолекул"' (Назань 1988).
-
III Всесоюзной конференцій по механике полимеров (Рига 1976).
-
III Всесоюзная конференция "Механика аномальных систем" (Баку 1982).
-
V и VII Всесоюзной конференции по механике полимерных и композитных материалов (Рига 1983, 1990).
-
Международная конференция по каучуку и резине (Москва 1984).
-
! Всесоюзная конференция "Жидкие кристалла и их практическое использование" (Чернигов 1Э88).
-
II Всесоюзной научно-технической конференции "Реология и опга-миза"ия процессов переработки полимеров" (Ижевск 198Э).
-
V Национальной гюнференции по механике и технологии композиционных материалов (Варна 1988).
-
Международной конференции "Реология расплавов полимеров" (Прага 1991).
-
Международной школе-семинаре "Современше проблема физнко-химии макромолекул" (Пушино 1991).
и на семинарах на физическом, химическом и механико-математическом факультетах МГУ, НИИ механики МГУ, Института химической физики АН СССР, Институте проблем механики АН СССР, Институте тепло-и ыассо-обмена им.А.В.ликова АН БССР, Математическом институте им.В.А.Сте-клова АН СССР, ИВС АН СССР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, общих еыводоз и перечня цитируемой литературы ко 257 наименовании. Она содержит 334 страницы, включая 57 рисунков, оглавление и список цитируемой литературы.
