Effects of long-chain branching, short-chain branching, and polydispersity on pressure sensitive rheology of polymer melts
Western Michigan University（西密歇根大学）
研究长链支化、短链支化和多分散性对聚乙烯熔体压敏流变学的影响，用高压滑动板流变仪表征四种聚乙烯熔体，发现分子支链是控制流变响应的主要结构参数，为高压聚合物加工预测模型提供见解。
2026-07-27 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Systematic coarse-graining of the dynamics of entangled polymer melts: the road from chemistry to rheology
为了优化缠结聚合物材料的加工和设计，重要的是在聚合物的详细分子组成和宏观熔体的粘弹性之间建立严格的联系。我们回顾当前和过去的计算机模拟技术，并严格评估他们的能力，提供这样的化学和流变学之间的联系。我们区分两类粗粒化水平，我们称之为粗粒分子动力学（CGMD）和粗粒随机动力学（CGSD）。在CGMD中，粗粒珠仍然相对较硬，因此自动防止键交叉。这也意味着可以聚集在一起的原子数量的上限，因此可以研究的最长链长度。为了达到更高程度的粗粒化，在CGSD中，更多的原子聚集在一起，导致相对较软的珠子。在这种情况下，摩擦力和随机力主导着相互作用，必须采取措施防止键交叉。我们还审查了替代方法，利用高分子动力学的管模型，通过原始路径分析和原始链网络的模拟获得的纠缠特性。最后，我们审查超粗粒的方法，其中整个聚合物是由一个单一的粒子，并评论的方式，包括记忆效应和瞬态力。
2011-03-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dynamics and Rheology of a Supercooled Polymer Melt in Shear Flow
采用分子动力学模拟方法，研究了由珠数N=10的短链组成的模型聚合物熔体在过冷态下的动力学行为。在静态条件下，计算应力松弛函数$G(t)$，其在$α$松弛时间$τ_α$的时间尺度上表现出拉伸指数松弛，并最终遵循由时间$τ_{\rm R} \sim N^2 τ_α$表征的Rouse动力学。在施加剪切$\gdot$之后，对于小于0.1的应变，瞬态应力增长$σ_{xy}(t)/\gdot$首先服从线性增长$\int_0^t dt'G(t')$，但是对于更大的应变，饱和成非牛顿粘度。在稳定状态下，剪切$\gdot$大于$τ_{\rm R}^{-1}$时发生剪切稀化和链伸长成椭球形。在强剪切作用下，我们发现链发生随机翻滚运动，交替呈现拉伸和紧凑的形状。我们检查的应力张量和介电张量，违反在瞬态由于存在一个大的玻璃组分的应力的各向异性部分之间的应力光学关系的有效性。此外，我们引入剪切的时间相关函数来计算剪切依赖的弛豫时间，$τ_α(T,\gdot)$和$τ_{\rm R} (T,\gdot)$，其在剪切稀化区域中作为$\gdot$的函数非线性地减小。
2002-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A priori Determination of the Extensional Viscosity of Polymer Melts
COMOFLO动态蒙特卡罗算法进行了扩展，使有史以来第一次致密熔体的稳态拉伸流变学的模拟。这一显著的进步提供了从低变形速率、在整个应变硬化范围内以及进入粘度变稀区域中准确捕获缠结聚合物熔体的拉伸粘度的能力。为此，在三维中实施与四辊磨机实验相关的纯拉伸流场。周期性边界条件存在于所有方向上，以使整个模拟域的变形速率均匀。正如预期的那样，在低变形速率下，拉伸粘度是零剪切粘度的四倍。随着变形速率的增加，拉伸粘度增加，平台，然后降低。因此，该算法正确地捕捉聚合物熔体在拉伸流动中的物理在一个完全的先验的方式，同时提供显着的计算优势超过分子动力学方法。由于该技术适用于多分散体系，以先验方式预测任意分子量分布的线性聚合物熔体的剪切和拉伸流变学的能力现在可以被认为是一个解决的问题。
2015-11-02 cond-mat.soft
Dynamics and Rheology of Polymer Melts via Hierarchical Atomistic, Coarse-grained, and Slip-spring Simulations
提出了一种用于预测高分子量缠结聚合物熔体的动力学和流变学性质的分层（三重尺度）模拟方法。该方法包括原子，中等粗粒度（mCG），和高度粗粒度的滑簧（SLSP）模拟。在mCG水平上，一些化学键合的原子被集中到一个粗晶粒中。在这个层次上，原子系统的化学身份和链间拓扑约束（纠缠）被保留。通过迭代玻尔兹曼反演，将mCG模型的局部结构分布与原子模型的局部结构分布相匹配，得到mCG势。为了匹配mCG和原子动力学，mCG时间由时间缩放因子缩放，其补偿mCG模型的单体摩擦系数低于原子模型的单体摩擦系数。在SLSP水平上，聚合物链的多个Kuhn链段由一个粗粒珠表示。珠粒之间非常软的非键合相互作用不能防止链交叉，因此不能捕获缠结。拓扑约束由滑动弹簧表示。在SLSP模型中使用了一个补偿对势，以保持大分子的静态性质在引入滑簧后不变。在此基础上，确定了SLSP模型的静态和动态参数。特别是，匹配的方向自相关的端到端的矢量，我们确定的滑簧的数量和校准的时间尺度的SLSP模型。作为测试案例，在413 K下将分级方法应用于$cis$-1，4-聚丁二烯（cPB）。cPB熔体的动力学性质的计算范围很广的分子量。计算结果进行了比较，发现在良好的协议，与文献中的实验数据。
2021-01-22 cond-mat.soft
X-ray particle tracking velocimetry for steady-state rheological characterization: Case study of a complex polymer melt flow in material extrusion additive manufacturing
University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Milan（米兰大学）；CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia（意大利国家研究委员会凝聚态材料与能源技术研究所）
本研究提出X射线粒子跟踪测速技术（XPTV），通过示踪粒子与定制装置结合，首次用于解析FFF打印机喷嘴内聚合物熔体的速度场与流变特性，结合模拟验证其有效性，填补传统光学方法的空白。
2025-11-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Shear Thinning from Bond Orientation in Model Unentangled Bottlebrush Polymer Melts
该研究通过分子动力学模拟揭示非缠结瓶刷聚合物剪切变稀的结构依赖性，发现单个键取向与剪切变稀指数相关性最强，密集接枝侧链堆积会抑制流动取向并减弱剪切变稀，为调控瓶刷流变性能提供分子层面指导。
2023-08-07 cond-mat.soft
Hydrodynamic Self-Consistent Field Theory for Inhomogeneous Polymer Melts
介绍了一种模拟嵌段共聚物熔体和共混物在流体力学流动中的结构和流变学的介观技术。该技术耦合动态自洽场论（DSCFT）与连续流体力学和流动惩罚来模拟聚合物流体在任意几何形状的通道中的流动。我们通过研究中性壁润湿条件下亚微米通道中ABC三嵌段共聚物熔体的相分离来证明该方法。我们发现表面润湿效应和剪切效应相互竞争，在没有流动的情况下产生垂直于壁的薄片，在剪切速率超过某个临界韦森伯格数的情况下产生平行于壁的薄片。
2006-08-31 cond-mat.soft
Chain-Stretch Relaxation from Low Frequency Fourier Transform Rheology
中或大振幅振荡剪切（M/LAOS）是敏感的聚合物链结构，但提出了未解决的挑战，为“先验”的结构表征。在这封信中，我们提出了一个MAOS协议适用于近单分散线性聚合物熔体，从其中链拉伸松弛，一个关键的结构特征，是清晰可辨的。MAOS频率扫描的三次谐波分解为实部和虚部，并发现服从时间-温度叠加。基于GLaMM分子管模型的线性纠缠熔体流变学和结构，它没有自由参数，密切遵循我们的实验结果的第三谐波的形式，并包含歧视性的功能，只依赖于聚合物的链拉伸松弛时间。值得注意的是，这些三次谐波特征发生在低频，并且很容易用标准流变仪获得。对于相变限制使用时温叠加的材料，这种方法大大增加了旋转流变仪用于聚合物结构分析的范围。虽然该理论与实验数据表现出良好的定性一致性，我们发现的幅度和频率依赖性的第三谐波，必须解决的根本差异，以充分了解应力响应的分子基础。
2020-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Impact of Acid Hydrolysis on Morphology, Rheology, Mechanical Properties, and Processing of Thermoplastic Starch
本研究通过不同时长酸水解改性小麦淀粉，结合两步法制备热塑性淀粉，证实酸水解可降低其加工温度，同时揭示了分子结构、结晶度与材料性能及加工特性的关联，为节能及温敏外加剂应用提供可能。
2025-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Rethinking the Transient Network Concept in Entangled Polymer Rheology
缠结聚合物液体的经典流变学理论建立在两个支柱上：缠结链的高斯统计和应力完全来自于分子内构型熵变化的假设。我们发现，这两个假设不支持聚合物熔体的分子动力学模拟。具体而言，在纠缠长度尺度及以下的段分布函数偏离理论预测，在平衡和变形状态。进一步的构象分析表明，在缠结长度尺度上的链内熵应力远小于总应力，表明链间熵的贡献相当大。最后，在变形和应力松弛过程中，缠结链熵应力与宏观应力之间的关系呈现出经典理论无法解释的分叉现象。
2019-06-11 cond-mat.soft
A Force-Level Theory of the Rheology of Entangled Rod and Chain Polymer Liquids. II. Perturbed Reptation, Stress Overshoot, Emergent Convective Constraint Release and Steady State Flow
我们数值和解析分析的启动连续剪切流变严重纠缠刚性杆聚合物流体的基础上，我们的自洽，力级理论的非谐管约束。该方法被简化，忽略应力辅助的横向势垒跳跃，和不可逆的松弛收益完全通过变形扰动蠕动。这个过程是自洽耦合管扩张和宏观流变响应。我们预测，随着应变的增加，管强烈膨胀，纠缠丢失，爬行速度加快。因此，出现的应力过冲不是由于仿射过度取向，而是由于纠缠网络的强烈削弱。刚刚超出的应力过冲的最长的松弛时间预测规模的逆剪切速率，对应于出现的一个通用形式的对流约束释放（CCR）。它的起源是一个应力诱导的局部力，自洽耦合介观管尺度物理与宏观力学响应。在超调管弱化发生通过相同的定性机制，导致微观绝对屈服的非线性弹性的情况下，在前面的文章中分析。因此，应力过冲和紧急CCR对应于由于变形引起的解缠结而引起的弹性-粘性交叉，其在长时间和高剪切速率下导致定量可感知的流动应力平台和剪切稀化行为。我们建议，针的预测行为是相关的柔性链熔体在低劳斯韦森伯格数，如果轮廓长度平衡是快速的。管膨胀的定量预测链熔体的稳态流动有利相比，最近的模拟。
2016-04-13 cond-mat.soft
On the Bauschinger effect in supercoooled melts under shear: results from mode coupling theory and molecular dynamics simulations
利用分子动力学模拟和模式耦合玻璃化转变理论（MCT）的示意性模型，研究了玻璃形成二元混合物在反向剪切流作用下的非线性流变特性。记忆效应导致的历史依赖性的响应，作为例证的应力过冲现象的应力-应变曲线中的剪切液体的消失，和周围的状态与零应力的表观弹性系数的变化。我们调查的各种延迟的贡献，在一个给定的时间示意性的应力响应内MCT。单粒子运动的宏观响应的连接证明使用分子动力学模拟。
2012-11-29 cond-mat.soft
Disentanglement Effects on the Welding Behaviour of Polymer Melts during the Fused-Filament-Fabrication Method for Additive Manufacturing
尽管3D打印有可能改变制造工艺，但打印零件的强度通常无法与传统制造零件相媲美。熔丝制造方法涉及熔化热塑性塑料，然后逐层挤出熔化的粘弹性材料以制造三维物体。层间焊缝的强度由熔体穿过界面的相互扩散和缠结控制。然而，随着印刷层向玻璃化转变温度冷却，扩散减慢。扩散还受到喷嘴中的高剪切速率的影响，其在焊接之前使聚合物微结构显著变形并解开。在本文中，我们模型的非等温聚合物松弛，缠结恢复，和扩散过程中发生的挤出后，调查的影响，典型的打印条件和无定形（非结晶）聚合物流变学的最终焊缝结构。虽然我们发现焊接厚度是聚合物尺寸的顺序，焊接的结构是各向异性的，相对解缠结;焊接处的机械强度降低归因于这种较低程度的缠结。
2017-03-27 cond-mat.soft
Convective Nonlinearity in Non-Newtonian Fluids
在应力屈服时间无限大的极限下，粘弹性、非牛顿流体（如聚合物熔体）的流体动力学方程必须简化为固体的流体动力学方程。这条信息足以唯一地确定非线性对流导数，流变学文献中的一个持续的争论点。
2000-10-18 cond-mat.soft
Shear thickening in molecular liquids characterized by inverse melting
我们研究了由$α$ -环糊精、水和4-甲基吡啶组成的分子溶液在不同温度和浓度下的流变行为。该体系表现出明显的非牛顿行为，表现出典型的剪切增稠特征。具体地，在临界剪切速率$\dotγ_c$下观察到从牛顿流体到剪切增稠体系的转变。作为T的函数的该临界剪切速率的值遵循阿雷尼乌斯行为$\dotγ_c(T)=$ B exp $(E_a/K_BT)$，其中活化能$E_a$接近于$α$ -CD分子的O-H基团的氢键能的值。我们认为，粘度随剪切速率的增加（剪切增稠转变）是由于氢键聚集体的形成所施加的剪切场诱导。最后，我们推测非牛顿流变学和逆熔融行为之间可能的相互作用，提出一个单一的机制是在这两种现象的起源。
2009-09-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Composite Entanglement Topology and Extensional Rheology of Symmetric Ring-Linear Polymer Blends
广泛的分子模拟应用于表征平衡动力学，缠结拓扑结构，和非线性拉伸流变对称环线性聚合物共混物与系统地改变环分数$ϕ_R$。具有缠结度$Z\approx14$的链混合以产生10个具有从纯线性到纯环熔体变化的$ϕ_R$的良好缠结的系统。原始路径分析被用来可视化和量化的复合环-线纠缠网络的结构。我们直接测量的数量作为$ϕ_R$的函数的环线性线程和线性-线性纠缠，并确定与简单的参数环分数$ϕ_R\approx0.4$的纠缠网络的拓扑约束最大化。这些拓扑分析是用来合理的$ϕ_R$环和线性链动力学，构象，共混物粘度的依赖。启动单轴拉伸流动的互补模拟表明在最近的长丝拉伸实验中观察到的拉伸应力过冲，并表征它如何取决于共混物组合物和缠结拓扑结构。过冲是由环状聚合物构象的过度拉伸和反冲驱动的，所述环状聚合物构象是由环状物从线性链的对流解旋引起的。这产生了显着的变化，我们直接可视化和量化的原始路径分析过程中流动的共混物的纠缠结构。
2021-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shear Induced Pressure Determines a Reduction in Polymer Radius
剪切引起的颗粒压力已被测量和建模的颗粒的浓缩悬浮液。重要的是，在聚合物流变学中，剪切诱导的颗粒压力的重要性尚未被认识到。剪切诱导的颗粒压力导致聚合物链上的向内压力，导致剪切依赖性压缩力。力平衡方程的分析形式，包括剪切诱导的颗粒压力的影响预测减少的聚合物滴的大小和降低的粘度与增加的剪切速率，如已经观察到的实验。幂律行为被发现的粘度符合一般行为观察到的高浓度的聚合物溶液和熔体的流变学。不同的权力被发现的行为取决于浓度制度。
2019-11-21 cond-mat.soft
Investigation of Soft and Living Matter using a Micro-Extensional Rheometer
材料在拉伸变形下的流变特性经常需要研究。例子包括纤维材料，如蜘蛛丝，高分子量聚合物熔体，和活细胞的收缩反应。这种材料具有很强的分子级各向异性，这些各向异性是固有的或由强加的延伸引起的。然而，不像剪切流变学，这是完善的，技术，以执行拉伸流变学目前正在开发和设置往往是定制设计的问题正在研究中。在这篇文章中，我们提出了一个通用的设备，可用于进行拉伸变形研究的样品在显微镜下同时成像。我们讨论了该设备的操作功能，并提出了一些应用程序。
2020-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Dynamics and Stress Relaxation of Bidisperse Polymer Melts with Unentangled and Moderately Entangled Chains
多分散性在工业生产的聚合物中是不可避免的。然而，已建立的聚合物动力学和流变学理论大多建立在单分散线性聚合物上。多分散聚合物的动力学还有待充分探索--特别是不同长度的链如何影响混合物中彼此的动力学。本研究利用分子动力学和珠-弹簧链模型探讨了双分散聚合物熔体的动力学行为。研究了中等缠结长链物种和未缠结或轻微缠结短链物种之间的二元混合物。我们发现，添加短链可以显着加快长链的动力学大大减少其纠缠的程度。同时，虽然长链的引入也阻碍了短链的运动，但它并没有定性地改变它们的动力学性质--即使在包含纠缠链的矩阵中，未纠缠的短链仍然遵循经典的劳斯动力学。详细的Rouse模式分析被用来揭示纠缠在不同尺度的链段的影响。应力松弛后的步骤剪切应变也进行了研究和半经验混合规则，预测的线性粘弹性的多分散聚合物的基础上，单分散系统进行了评估与模拟结果。
2021-06-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Delayed Arm Retraction Controls the Nonlinear Oscillatory Response of Long-Chain-Branched Polymer Melts
Rheonic Lab（Rheonic 实验室）；University of Milan（米兰大学）
研究长链支化聚合物熔体非线性振荡响应，提出分子管理论，纳入分支点力传递和延迟臂回缩，解释NLI特征最大值，预测不同非线性区域及相关参数，为非线性傅里叶流变学提供分子解释并联系聚合物结构。
2026-07-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Learning to Classify Threading in Melts of Rings
University of Edinburgh（爱丁堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University of Vienna（维也纳大学）
本文提出基于拧绕数的机器学习框架，用一维卷积神经网络分类环聚合物熔体中的穿线程化，准确率超98%，可推广至不同密度和链长，速度提升3倍。
2026-10-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Equation of State Based Slip Spring Model for Entangled Polymer Dynamics
发展了一种基于混合粒子和场的介观布朗动力学方法来模拟缠结聚合物熔体。聚合物珠由几个库恩段，和它们的运动是由样品的亥姆霍兹能量，这是一个总和的熵弹性链之间的珠，滑动弹簧，和非键相互作用。缠结效应由滑动弹簧引入，滑动弹簧是连接相同链上的不连续珠或不同聚合物链上的珠的弹簧。滑动弹簧的终端位置在模拟过程中通过动力学蒙特卡罗跳跃方案改变，在链端的滑动弹簧具有速率控制的创建/破坏过程。的速率常数是一致的自由能函数，并满足微观可逆平衡。非键相互作用的自由能是从一个适当的状态方程，它是计算作为一个功能的局部密度通过正交网格通过模拟箱;占它是必要的复制正确的聚合物材料的可压缩性。介观模型调用的参数来自实验体积和粘度数据或原子分子动力学模拟，建立一个“自下而上”的预测框架进行特定化学聚合物系统的滑簧模拟。实施的情况下，顺式-1，4-聚异戊二烯，其结构，动力学，热力学和线性流变学在熔融状态下的定量预测和验证，而无需后验拟合的结果，实验测量的介观模拟方法。
2017-03-27 cond-mat.soft
Capillary leveling of stepped films with inhomogeneous molecular mobility
由于拉普拉斯压力梯度的存在，具有阶梯状高度轮廓的均匀薄聚合物膜水平。在这里，我们报告精确控制，空间不均匀的分子量分布的聚合物样品的研究。聚合物熔体的粘度很大程度上取决于链长分布;因此，我们将了解具有粘度梯度的薄膜流体力学。这些梯度通过将具有不同分子量的两个膜彼此堆叠来实现。在足够的时间之后，这些样品可以很好地描述为在膜的平面中具有一维粘度梯度，具有垂直于膜的均匀粘度。我们开发了一个流体动力学模型，准确地预测实验观察到的自相似配置文件的形状。该模型允许提取系统中的毛细管速度、表面张力与粘度的比率。结果是非常一致的均匀的单分散和双分散阶梯膜的毛细管速度测量，并与本体聚合物流变学是一致的。
2013-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Beyond the Static Kuhn Length: Conformational Substructures and Relaxation Dynamics in Flexible Chains
Universidade do Minho（米尼奥大学）
通过原子模拟揭示柔性链中构象亚结构与弛豫动力学，重新定义统计片段与熵弹簧的最小尺寸。
2026-01-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Microscopic Theory of the Elastic Shear Modulus and Length-Scale-Dependent Dynamic Re-Entrancy Phenomena in Very Dense Sticky Particle Fluids
本研究用混合无投影动力学理论（hybrid PDT）的ECNLE方法，预测了极稠密粘性球体流体的弹性模量再入现象，并揭示了与MCT等理论的定性差异，为理解吸引玻璃动力学提供了微观基础。
2024-08-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
