流變學(xué)主要用于研究材料在外力作用下發(fā)生流動和變形的規(guī)律，能夠得到材料在流動過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粘彈性信息，有助于了解不同流場下材料的流動特性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化過程，從而改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝，提高加工性能和產(chǎn)品質(zhì)量。在食品、藥品、化妝品和聚合物等產(chǎn)品的復(fù)雜設(shè)計過程中，流變學(xué)研究在其形態(tài)特性、性能開發(fā)、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)等方面起著不可或缺的作用。塑木復(fù)合材料的流變理論體系尚待完善，特別是高填充塑木（HFWPC）的流變機(jī)理更不清晰。
目前市場上塑木復(fù)合材料主流產(chǎn)品的（生物質(zhì)纖維和無機(jī)填料）填充量通常高達(dá)65%~75%，是因?yàn)?/span>HFWPC在木質(zhì)紋理、抗蠕變性和熱穩(wěn)定性方面優(yōu)于低填充塑木，并且由于生物質(zhì)纖維可再生、來源廣泛、成本低，HFWPC有著更好的低碳環(huán)保性和市場競爭力。然而，如此高的填充量使得生物質(zhì)纖維間相互作用頻率上升，阻礙了聚合物分子鏈在成型過程中的運(yùn)動，塑木類固體熔體特性明顯，流動性變差。這導(dǎo)致毛細(xì)管、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)等常規(guī)流變分析儀器無法準(zhǔn)確獲得塑木熔體的流動參數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致塑木裝備（特別是模具）流道的設(shè)計和制造缺乏理論基礎(chǔ)，這是導(dǎo)致目前塑木產(chǎn)品生產(chǎn)效率不高的主因。因此，闡明HFWPC在熔融狀態(tài)下的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與流動模式是提高其可加工性和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。流變行為需要在大范圍變形速率下進(jìn)行研究，以盡可能接近實(shí)際加工過程中WPC熔體的流動方式，從而確保流變數(shù)據(jù)真實(shí)有效。傳統(tǒng)的流變測試儀器在表征HFWPC時存在局限，難以準(zhǔn)確反映其實(shí)際流動特性，而壓縮測試對材料流動性的要求較低，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變速率可控和大范圍形變，適用于此類體系的流變特征分析。plug flow模型是流體力學(xué)中描述管道流體流動速度分布的簡化模型，已有研究在模擬片狀模塑料加工條件時提出單相plug flow 模型，并證實(shí)其與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好相關(guān)性，多層plug flow模型也在熱塑性復(fù)合材料中展現(xiàn)出較強(qiáng)的擬合效果。隨著研究的深入，該模型不斷被修正和補(bǔ)充，引入孔隙率、摩擦因子和粘度等變量，以更真實(shí)地反映材料流動行為，并成功應(yīng)用于聚乙烯基WPC的流變性能分析中，取得了理想效果。
有研究采用熔融共混、熱壓成型的方式制備高填充木粉/聚丙烯復(fù)合材料（HFWFPP），通過改變原料配比及設(shè)置不同初始半徑，采用壓縮測試手段對其進(jìn)行流變行為表征。結(jié)合plug flow模型開展理論計算與數(shù)據(jù)擬合，從多角度、多方面分析其壓縮流變特性，并驗(yàn)證plug flow模型在分析HFWFPP壓縮流變行為中的適用性，旨在揭示其加工過程中的流動機(jī)理。
實(shí)驗(yàn)通過對高填充木粉/聚丙烯復(fù)合材料（HFWFPP）熔體壓縮實(shí)驗(yàn)過程的觀察和plug flow模型計算結(jié)果的分析，得出以下結(jié)論：
（1）自制的壓縮流變測試模具能夠?qū)崿F(xiàn)HFWFPP在高溫熔融狀態(tài)下的大范圍流動變形，并且通過試樣在壓縮過程中的分析表明所記錄的壓縮流變數(shù)據(jù)可靠，適用于HFWFPP的流變測試。
（2）將plug flow模型應(yīng)用于HFWFPP的流變行為分析，經(jīng)驗(yàn)證具有較高的擬合度，表明該模型適用于對HFWFPP的應(yīng)力分析。這對于高填充塑木的流變規(guī)律揭示意義非凡，對于提升高填充塑木的生產(chǎn)效率具有遠(yuǎn)期價值。
（3）結(jié)合上述模型，可以定量分析木粉含量、試樣初始半徑、偶聯(lián)劑等因素對HFWFPP流變規(guī)律的影響。木粉含量過高、初始半徑過小、缺少偶聯(lián)劑都會在一定程度上破壞HFWFPP的體系結(jié)構(gòu)，從而影響其壓縮流變行為的相關(guān)分析。
來源：《高填充木粉/聚丙烯復(fù)合材料的壓縮流變行為》張浩元等
