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聚合物材料的流变学是联系分子/介观结构与宏观制造结果的决定性环节。在挤出、注塑和吹塑、流延成膜及纤维纺丝等工业操作中，流变性能控制着压降、混合与分散、界面稳定性、流动不稳定性以及流动诱导的取向和结晶。因此，理解和调控流变行为对于确定稳健的加工窗口、提高产品质量
聚合物材料的流变学是联系分子/介观结构与宏观制造结果的决定性环节。在挤出、注塑和吹塑、流延成膜及纤维纺丝等工业操作中，流变性能控制着压降、混合与分散、界面稳定性、流动不稳定性以及流动诱导的取向和结晶。因此，理解和调控流变行为对于确定稳健的加工窗口、提高产品质量和实现高效制造至关重要。本特刊聚焦流变学与聚合物加工，展示了涵盖新颖实验技术、理论和唯象模型以及计算模拟的最新进展，这些进展增强了研究人员对聚合物流动行为及其对加工影响的理解。所有投稿共同强调，在加工相关条件下的流变表征、预测性建模以及利用真实工艺几何结构进行验证之间，正形成日益紧密的闭环。
**聚合物加工中的流变学：从非线性表征到多尺度建模的进展与展望**
**1. 研究背景与现存问题**
聚合物材料的流变学是连接分子/介观结构与宏观制造结果的关键桥梁。在挤出、注塑、吹塑、流延成膜和纤维纺丝等工业过程中，流变性能直接决定压降、混合分散效果、界面稳定性、流动不稳定性以及流动诱导的取向和结晶行为。因此，深入理解并有效调控流变行为，对于确定稳健的加工窗口、提升产品质量以及实现高效制造具有重要意义。然而，当前领域仍面临诸多挑战：非线性流变行为在温度与压力耦合历史下的定量数据及预测模型尚不充分；复杂多相和高填充体系的拉伸及混合流动测量缺乏常规且可互比的方法；能够稳健解析粘弹性流动不稳定性的数值算法仍待发展；分子/粒子模拟对介观本构模型开发的指导作用尚未充分发挥；热力学一致的流变建模以及跨尺度的多尺度建模工作流仍需完善；此外，流变学与产品最终质量指标（如表面光洁度、尺寸稳定性、各向异性、熔接线完整性及长期性能）之间的定量关联，以及模型验证和不确定性量化，都是尚未解决的开放问题。
**2. 研究内容与主要技术方法**
本特刊汇集了八篇论文，围绕流变学与聚合物加工的多个前沿方向展开。研究人员采用了多种关键技术方法，包括：针对加工相关条件的大振幅振荡剪切、瞬态启动流动、应力增长与松弛等非线性流变测试方法；用于表征复杂配方体系（如填充聚合物、共混物和工业化合物）的流变测量技术；连接链级动力学与连续介质本构形式的多尺度计算模拟方法，包括有限元/有限体积模拟；以及利用无量纲数群分析工艺参数的无损或过程强化模拟策略。此外，研究还涉及面向增材制造的流变学设计，以及结合原位结构表征（如散射、成像、光谱和热分析）的流变-结构关联方法。这些方法共同支撑了从分子尺度到过程尺度的系统研究。
**3. 主要研究结果**
**3.1 过程强化与挤出/注塑中的真实流动物理**
通过引入振动辅助双螺杆挤出和超声微注塑等过程强化手段，并结合无量纲数群分析，研究人员揭示了更为真实的强制条件和边界条件对加工过程的影响。这些工作推进了过程尺度建模向更接近实际工况的方向发展。
**3.2 复杂配方与工业化合物的流变学**
针对阳离子聚丙烯酰胺溶液、颜料母粒和改性聚酰胺等体系，研究人员系统探讨了添加剂和配方化学如何重塑粘弹性和可加工性。结果表明，通过流变指纹可以有效地将分散状态和界面相互作用与可测量的流变响应联系起来，从而指导工业配方的优化。
**3.3 面向聚合物及复合材料增材制造的流变学设计**
在材料挤出打印方面，研究将剪切/拉伸流变、层间粘接、结晶和填料效应与可打印性及最终性能相关联。涉及二氧化硅填充聚乳酸（PLA）长丝和功能梯度聚醚醚酮（PEEK）组件的研究，展示了流变学在实现高性能增材制造中的关键作用。
**3.4 跨长度尺度的加工-结构关系**
多项综述和展望性研究强调了加工历史如何创造结构（进而决定性能），并加强了将分子/介观模型与加工相关测量相连接的必要性。这些研究共同反映了该领域的双重轨迹：一方面是非线性流动表征与模拟的日益精密化，另一方面是将流变描述符转化为稳健的、面向具体工艺的质量指标的需求日益增长。
**4. 讨论与结论**
讨论部分指出，未来研究方向应重点关注可持续和循环聚合物的流变学，例如生物基聚合物和机械/化学回收料，其流变表征可为质量控制提供快速且与加工相关的指纹信息；先进加工技术（如微流控、静电纺丝和增材制造）需要新的流变测量概念和边界条件测量方法；能够解析弹性不稳定性的计算流变学需要数值稳健的格式；热力学指导的本构建模应融入非平衡热力学结构以保证物理可实现性；分子到连续介质的多尺度工作流应系统耦合以约束模型形式与参数；面向结构化材料（如水凝胶、半结晶聚合物、纳米复合材料和蠕虫状胶束溶液）的形态感知加工模型需跟踪形态演化及其对流变的反馈；将流变学与原位结构表征相结合，可进一步阐明变形历史对形态演化的控制作用；而面向聚合物加工的数字孪生工作流，结合不确定性量化和替代模型，可实现更快的优化和基于在线传感器反馈的实时过程控制。研究结论认为，聚合物流变学仍然是聚合物加工科学与工程的核心。通过聚焦加工相关表征、预测性建模和计算模拟，本特刊旨在加深对流变学-加工关系的理解，并激发对非线性行为、复杂配方以及经过验证且具有不确定性意识的过程模型的进一步研究。该研究发表于《Polymers》。
