流變學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)部結構的粘彈性信息，有助于了解不同流場下材料的流動特性及內(nèi)部結構的轉化過程，從而改進相關產(chǎn)品生產(chǎn)設備和加工工藝，提高加工性能和產(chǎn)品質量。在食品、藥品、化妝品和聚合物等產(chǎn)品的復雜設計過程中，流變學研究在其形態(tài)特性、性能開發(fā)、規(guī)格標準等方面起著不可或缺的作用。塑木復合材料的流變理論體系尚待完善，特別是高填充塑木（HFWPC）的流變機理更不清晰。
目前市場上塑木復合材料主流產(chǎn)品的（生物質纖維和無機填料）填充量通常高達65%~75%，是因為HFWPC在木質紋理、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動，塑木類固體熔體特性明顯，流動性變差。這導致毛細管、轉矩和旋轉等常規(guī)流變分析儀器無法準確獲得塑木熔體的流動參數(shù)，進而導致塑木裝備（特別是模具）流道的設計和制造缺乏理論基礎，這是導致目前塑木產(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)部結構與流動模式是提高其可加工性和產(chǎn)品質量的關鍵。流變行為需要在大范圍變形速率下進行研究，以盡可能接近實際加工過程中WPC熔體的流動方式，從而確保流變數(shù)據(jù)真實有效。傳統(tǒng)的流變測試儀器在表征HFWPC時存在局限，難以準確反映其實際流動特性，而壓縮測試對材料流動性的要求較低，能夠實現(xiàn)應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，并證實其與實驗數(shù)據(jù)具有良好相關性，多層plug flow模型也在熱塑性復合材料中展現(xiàn)出較強的擬合效果。隨著研究的深入，該模型不斷被修正和補充，引入孔隙率、摩擦因子和粘度等變量，以更真實地反映材料流動行為，并成功應用于聚乙烯基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/聚丙烯復合材料（HFWFPP），通過改變原料配比及設置不同初始半徑，采用壓縮測試手段對其進行流變行為表征。結合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理。
實驗通過對高填充木粉/聚丙烯復合材料（HFWFPP）熔體壓縮實驗過程的觀察和plug flow模型計算結果的分析，得出以下結論：
（1）自制的壓縮流變測試模具能夠實現(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模型應用于HFWFPP的流變行為分析，經(jīng)驗證具有較高的擬合度，表明該模型適用于對HFWFPP的應力分析。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)效率具有遠期價值。
（3）結合上述模型，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的體系結構，從而影響其壓縮流變行為的相關分析。
來源：《高填充木粉/聚丙烯復合材料的壓縮流變行為》張浩元等
