食品增稠劑流變學(xué)研究綜述

食品增稠劑流變學(xué)研究綜述一、本文概述食品增稠劑，作為食品添加劑的一種，在食品工業(yè)中扮演著舉足輕重的角色。它們主要用于改善食品的質(zhì)地和口感，賦予食品更佳的懸浮性和穩(wěn)定性。然而，要實(shí)現(xiàn)這些功能，就需要對(duì)食品增稠劑的流變性進(jìn)行深入的研究。本文旨在全面綜述食品增稠劑的流變學(xué)研究進(jìn)展，以期為食品工業(yè)的發(fā)展提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。本文將首先介紹食品增稠劑的基本概念和分類，闡述其在食品工業(yè)中的應(yīng)用及其重要性。接著，本文將重點(diǎn)綜述食品增稠劑的流變性研究，包括其流變特性的測(cè)定方法、影響因素以及流變模型等。在此基礎(chǔ)上，本文將進(jìn)一步探討食品增稠劑流變性與其功能性質(zhì)之間的關(guān)系，以及如何通過調(diào)控食品增稠劑的流變性來(lái)優(yōu)化食品的品質(zhì)和口感。本文還將關(guān)注食品增稠劑在食品加工過程中的流變行為，包括其在不同溫度、剪切速率和濃度條件下的表現(xiàn)。這些研究不僅有助于深入理解食品增稠劑的流變性，還能為食品工業(yè)的實(shí)際操作提供有益的參考。本文將對(duì)食品增稠劑流變學(xué)研究的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，以期推動(dòng)該領(lǐng)域的研究不斷深入和發(fā)展。通過本文的綜述，讀者可以對(duì)食品增稠劑的流變性有一個(gè)全面而深入的了解，為食品工業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供有力的支持。二、食品增稠劑的流變學(xué)基礎(chǔ)流變學(xué)是研究物質(zhì)在受到剪切、拉伸、壓縮等外力作用時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形變規(guī)律的科學(xué)。在食品工業(yè)中，流變學(xué)主要關(guān)注食品材料在加工、儲(chǔ)存和食用過程中的流動(dòng)和變形行為。食品增稠劑作為調(diào)節(jié)食品流變特性的重要添加劑，其應(yīng)用廣泛，涉及飲料、醬料、乳制品、肉制品等多個(gè)領(lǐng)域。食品增稠劑通常是由高分子化合物組成，這些高分子化合物在溶液中形成網(wǎng)狀或鏈狀結(jié)構(gòu)，通過增加溶液的粘度，改變食品的流變特性。增稠劑的流變學(xué)行為受到多種因素的影響，包括濃度、溫度、剪切速率、pH值等。隨著濃度的增加，增稠劑分子間的相互作用增強(qiáng)，溶液的粘度增大；隨著溫度的升高，增稠劑分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，可能導(dǎo)致分子間的解離，溶液的粘度降低；剪切速率的增加可能導(dǎo)致增稠劑分子的取向和排列發(fā)生變化，從而影響溶液的粘度。流變學(xué)測(cè)試是研究和評(píng)價(jià)食品增稠劑性能的重要手段。常用的流變學(xué)測(cè)試方法包括粘度測(cè)試、觸變性測(cè)試、振蕩測(cè)試等。粘度測(cè)試可以直觀地反映增稠劑對(duì)溶液粘度的影響；觸變性測(cè)試可以評(píng)估增稠劑在受到剪切作用后粘度的恢復(fù)能力；振蕩測(cè)試則可以研究增稠劑在動(dòng)態(tài)條件下的流變行為。不同類型的食品增稠劑具有不同的流變學(xué)特性。例如，多糖類增稠劑（如淀粉、果膠等）在溶液中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較高的粘度；蛋白質(zhì)類增稠劑（如明膠、酪蛋白等）則通過分子間的相互作用形成鏈狀結(jié)構(gòu)，具有較好的彈性。因此，在選擇和應(yīng)用食品增稠劑時(shí)，需要充分考慮其流變學(xué)特性，以滿足不同食品加工工藝和食用品質(zhì)的需求。食品增稠劑的流變學(xué)基礎(chǔ)對(duì)于理解和應(yīng)用食品增稠劑具有重要意義。通過深入研究食品增稠劑的流變學(xué)特性，可以為食品工業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供有力支持。三、食品增稠劑的流變學(xué)研究方法食品增稠劑的流變學(xué)研究方法主要包括穩(wěn)態(tài)剪切流變、動(dòng)態(tài)振蕩剪切流變、觸變性和黏彈性測(cè)量等。這些方法的應(yīng)用，有助于我們深入理解食品增稠劑在食品體系中的行為特性，以及它們?nèi)绾斡绊懯称返馁|(zhì)地和口感。穩(wěn)態(tài)剪切流變：穩(wěn)態(tài)剪切流變是測(cè)量流體在恒定剪切速率下的剪切應(yīng)力的方法。通過這種方法，我們可以獲得增稠劑在不同剪切速率下的粘度值，了解增稠劑的流動(dòng)行為和剪切稀化或剪切增稠現(xiàn)象。動(dòng)態(tài)振蕩剪切流變：動(dòng)態(tài)振蕩剪切流變是通過測(cè)量流體在正弦交變應(yīng)力下的應(yīng)變響應(yīng)來(lái)研究流體的黏彈性。這種方法可以提供增稠劑的儲(chǔ)能模量（G'）和損耗模量（G''），以及復(fù)數(shù)粘度（η*）等參數(shù)，進(jìn)一步揭示增稠劑在食品體系中的黏彈特性和動(dòng)態(tài)行為。觸變性測(cè)量：觸變性是指流體在受到剪切后，其粘度隨時(shí)間變化的現(xiàn)象。通過觸變性測(cè)量，我們可以了解增稠劑在剪切作用下的結(jié)構(gòu)變化和恢復(fù)能力，這對(duì)于預(yù)測(cè)增稠劑在食品加工過程中的性能具有重要意義。黏彈性測(cè)量：黏彈性是描述材料同時(shí)具有粘性和彈性的性質(zhì)。對(duì)于食品增稠劑，其黏彈性通常表現(xiàn)為在一定的剪切速率下，材料既表現(xiàn)出粘性流動(dòng)，又表現(xiàn)出彈性形變。通過黏彈性測(cè)量，我們可以更全面地了解增稠劑在食品體系中的行為特性。食品增稠劑的流變學(xué)研究方法涵蓋了穩(wěn)態(tài)剪切流變、動(dòng)態(tài)振蕩剪切流變、觸變性和黏彈性測(cè)量等多個(gè)方面。這些方法的綜合應(yīng)用，可以幫助我們?nèi)胬斫庠龀韯┰谑称敷w系中的行為特性，為食品工業(yè)的發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。四、食品增稠劑在不同食品體系中的應(yīng)用食品增稠劑在各類食品體系中具有廣泛的應(yīng)用，它們能夠顯著影響食品的質(zhì)地、口感和穩(wěn)定性。在不同的食品體系中，增稠劑的作用機(jī)制和效果也各不相同。在飲料體系中，食品增稠劑主要用于改善口感、增加懸浮性和穩(wěn)定性。例如，在果汁飲料中添加果膠或黃原膠等增稠劑，可以增強(qiáng)果汁的口感和稠度，同時(shí)防止果肉顆粒的沉淀。在乳制品中，增稠劑常用于提高產(chǎn)品的稠度和穩(wěn)定性。例如，在酸奶中添加卡拉膠或明膠等增稠劑，可以增加酸奶的粘度和口感，使其更加細(xì)膩滑爽。在糕點(diǎn)、面包等烘焙食品中，食品增稠劑主要用于改善面團(tuán)的粘彈性、增加產(chǎn)品的體積和口感。例如，在面包中添加黃原膠或羧甲基纖維素等增稠劑，可以增強(qiáng)面團(tuán)的彈性和保水性，使面包更加松軟、口感更佳。在肉制品、調(diào)味品、醬料等食品中，食品增稠劑也發(fā)揮著重要作用。它們可以增加產(chǎn)品的稠度、改善口感和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。然而，需要注意的是，食品增稠劑的使用應(yīng)適量，并且應(yīng)根據(jù)不同食品的特點(diǎn)和工藝要求選擇合適的增稠劑類型和用量。過量使用或不恰當(dāng)使用增稠劑可能會(huì)影響食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感，甚至可能對(duì)人體健康造成不良影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)嚴(yán)格遵循食品安全標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)，科學(xué)合理地使用食品增稠劑。五、食品增稠劑流變學(xué)研究的進(jìn)展與挑戰(zhàn)隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品增稠劑在食品制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其流變學(xué)特性的研究也取得了顯著的進(jìn)展。然而，與此也面臨著一些挑戰(zhàn)。近年來(lái)，食品增稠劑的流變學(xué)研究已經(jīng)從簡(jiǎn)單的描述性測(cè)量逐漸深入到微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制的理解。研究者們利用先進(jìn)的流變學(xué)儀器和技術(shù)，如旋轉(zhuǎn)流變儀、振蕩流變儀等，對(duì)食品增稠劑在不同條件下的流變行為進(jìn)行了深入研究。這些研究不僅揭示了增稠劑在食品體系中的增稠、穩(wěn)定和懸浮等作用機(jī)制，還為食品工藝的優(yōu)化和新產(chǎn)品的研發(fā)提供了重要的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，隨著多學(xué)科交叉融合的深入，食品增稠劑的流變學(xué)研究也開始與高分子物理、膠體與界面科學(xué)、食品化學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，形成了更加綜合和系統(tǒng)的研究體系。這些交叉學(xué)科的研究不僅拓寬了食品增稠劑流變學(xué)的研究領(lǐng)域，也為食品工業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展提供了新的思路和方法。盡管食品增稠劑流變學(xué)的研究取得了顯著的進(jìn)展，但仍面臨著一些挑戰(zhàn)。食品體系的復(fù)雜性使得增稠劑的流變行為受到多種因素的影響，如溫度、pH值、離子強(qiáng)度、剪切速率等。這些因素之間的相互作用和影響機(jī)制尚不完全清楚，需要進(jìn)一步的深入研究。隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全和健康的關(guān)注度不斷提高，對(duì)食品增稠劑的安全性和功能性提出了更高的要求。因此，如何在保證食品安全的前提下，開發(fā)出具有優(yōu)良流變性能和功能性的新型增稠劑，是食品增稠劑流變學(xué)研究面臨的重要挑戰(zhàn)。隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，對(duì)食品增稠劑的生產(chǎn)成本、環(huán)保性和可持續(xù)性等方面也提出了更高的要求。因此，如何在保證食品增稠劑性能的降低生產(chǎn)成本、減少對(duì)環(huán)境的污染和提高產(chǎn)品的可持續(xù)性，也是食品增稠劑流變學(xué)研究需要關(guān)注的問題。食品增稠劑流變學(xué)的研究在取得顯著進(jìn)展的仍面臨著多方面的挑戰(zhàn)。未來(lái)的研究需要在深入理解增稠劑流變行為的基礎(chǔ)上，注重食品安全性、功能性、生產(chǎn)成本和環(huán)保性等方面的綜合考慮，以推動(dòng)食品增稠劑流變學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展。六、結(jié)論與展望隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，食品增稠劑在食品制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。流變學(xué)作為研究物質(zhì)流動(dòng)和變形的科學(xué)，對(duì)食品增稠劑的性能和應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。本綜述對(duì)食品增稠劑的流變學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理和分析，總結(jié)了各類增稠劑的流變學(xué)行為及其影響因素，探討了增稠劑在食品體系中的作用機(jī)制。研究表明，食品增稠劑的流變學(xué)特性與其分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度、剪切速率等因素密切相關(guān)，這些因素的變化均會(huì)對(duì)增稠劑的增稠效果和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。未來(lái)，食品增稠劑的流變學(xué)研究將在以下幾個(gè)方面取得重要進(jìn)展：一是深入研究增稠劑的分子結(jié)構(gòu)與流變學(xué)特性之間的關(guān)系，為新型增稠劑的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供理論基礎(chǔ)；二是探索增稠劑與其他食品成分之間的相互作用，揭示增稠劑在復(fù)雜食品體系中的行為規(guī)律；三是利用現(xiàn)代分析技術(shù)，如微觀成像、光譜分析等，從微觀角度揭示增稠劑的增稠機(jī)制；四是關(guān)注增稠劑的安全性和可持續(xù)性，開發(fā)環(huán)保、安全的新型增稠劑，滿足食品工業(yè)對(duì)綠色、健康的需求。食品增稠劑的流變學(xué)研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。通過深入研究增稠劑的流變學(xué)特性及其影響因素，可以為食品工業(yè)的發(fā)展提供有力支持，推動(dòng)食品增稠劑向著更加安全、高效、環(huán)保的方向發(fā)展。參考資料：血液流變學(xué)是一門新興的生物力學(xué)及生物流變學(xué)分支，是研究血液宏觀流動(dòng)性質(zhì)，人和動(dòng)物體內(nèi)血液流動(dòng)和細(xì)胞變形，以及血液與血管、心臟之間相互作用，血細(xì)胞流動(dòng)性質(zhì)及生物化學(xué)成分的一門科學(xué)。它是近二十年來(lái)才發(fā)展成為一門獨(dú)立的新興的邊緣學(xué)科。1930年，Binhan首先提出流變的概念，即在應(yīng)力的作用下，物體可產(chǎn)生流動(dòng)與變形。至1948年Copley提出生物流變的概念，即血液和淋巴液等體液，玻璃體，血管、肌肉、晶體等軟組織，甚至骨骼的細(xì)胞質(zhì)等均可發(fā)生流變。到1951年，提出研究血液及其有形成分的流動(dòng)性與形變規(guī)律的流變叫血液流變學(xué)(hemorheology)。這是生物、數(shù)學(xué)、化學(xué)及物理等學(xué)科交叉發(fā)展的邊緣科學(xué)，研究全血在各切變率下的表現(xiàn)粘度稱為宏觀流變學(xué)，而研究血液有形成分的流變學(xué)特性，如紅細(xì)胞的變形、聚集、表面電荷等，稱為血細(xì)胞流變學(xué)(cellularhemorheology)。近年來(lái)，發(fā)展到從分子水平研究血液成分的流變特性，如紅細(xì)胞膜中骨架蛋白、膜磷脂對(duì)紅細(xì)胞流變性的影響，血漿分子成分對(duì)血漿粘度的影響等，這些屬于分子血液流變學(xué)(molecullarhemorheology)。血液流變學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容及其范圍極為廣泛。如血管的流變性、血液的流動(dòng)性、粘滯性、變形性及凝固性等等。至于專門研究血液的流動(dòng)性、血液的有形成分、血管和心臟的粘彈性在各種疾病時(shí)的變化，了解這些變化的病理生理意義，以利于疾病的診斷、治療和預(yù)防的血液流變學(xué)，又稱為臨床血液流變學(xué)或醫(yī)學(xué)血液流變學(xué)。食品流變學(xué)是研究食品質(zhì)地、口感、加工和貯藏過程中流變性質(zhì)的科學(xué)。食品流變學(xué)的研究對(duì)于深入了解食品的物理性質(zhì)、改善食品品質(zhì)、優(yōu)化加工工藝具有重要意義。本文將探討食品流變學(xué)的研究進(jìn)展，以期為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考。在食品流變學(xué)研究方面，近年來(lái)取得了一系列成果。研究者們通過實(shí)驗(yàn)和建模方法，深入研究了食品體系的流變性質(zhì)，如食品的粘度、彈性、塑性等。研究者們還針對(duì)不同類型食品，如油脂、蛋白質(zhì)、淀粉等，開展了針對(duì)性的研究。相關(guān)學(xué)術(shù)論文的發(fā)表也日益增多，為食品流變學(xué)的發(fā)展提供了有力的支持。然而，食品流變學(xué)研究還存在一些不足。很多研究局限于特定類型的食品，對(duì)于不同類型食品之間的流變性質(zhì)差異不足。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方法有待進(jìn)一步優(yōu)化，以提高研究的可靠性和準(zhǔn)確性。針對(duì)食品流變性質(zhì)的改善措施尚不完善，需要進(jìn)一步探討。食品流變學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括選取樣品、確定實(shí)驗(yàn)條件、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)過程中，需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，包括溫度、濕度、壓力等，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。數(shù)據(jù)分析方法則包括統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)學(xué)建模等，用以提取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的有用信息，揭示食品的流變性質(zhì)及其影響因素。在食品流變學(xué)研究方面，已有多項(xiàng)成果發(fā)表。例如，某些研究表明，油脂的流變性質(zhì)受到溫度和壓力的影響；蛋白質(zhì)的流變性質(zhì)則與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)等。然而，這些研究仍存在一定不足。針對(duì)不同類型食品之間的流變性質(zhì)差異研究不足，難以全面揭示不同類型食品在流變性質(zhì)上的差異。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方法仍有待進(jìn)一步優(yōu)化和完善，以提高研究的可靠性和準(zhǔn)確性。針對(duì)食品流變性質(zhì)的改善措施尚不完善，需要進(jìn)一步探討和研究。食品流變學(xué)研究在改善食品品質(zhì)和優(yōu)化加工工藝方面具有重要意義。雖然近年來(lái)研究者們已經(jīng)在食品流變學(xué)領(lǐng)域取得了一定的成果，但仍存在諸多不足和需要進(jìn)一步探討的問題。因此，需要加強(qiáng)不同類型食品之間的流變性質(zhì)差異研究，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方法，并完善針對(duì)食品流變性質(zhì)的改善措施。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信未來(lái)食品流變學(xué)的研究將取得更大的進(jìn)展，為人類健康和生活質(zhì)量的提高做出更大的貢獻(xiàn)。本文主要研究了聚氨酯締合增稠劑的制備方法及其流變學(xué)行為。通過合理的配方設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，成功制備出性能優(yōu)異的聚氨酯締合增稠劑。同時(shí)，對(duì)其流變學(xué)行為進(jìn)行了深入研究，為實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。聚氨酯締合增稠劑是一種具有優(yōu)異增稠效果的化學(xué)試劑，廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、膠粘劑等領(lǐng)域。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)聚氨酯締合增稠劑的需求越來(lái)越大，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高。因此，研究聚氨酯締合增稠劑的制備及其流變學(xué)行為具有重要的實(shí)際意義。聚氨酯締合增稠劑的配方設(shè)計(jì)是制備過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文采用預(yù)聚體法，以聚醚多元醇、異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑為主要原料，通過合理的配方設(shè)計(jì)，制備出性能優(yōu)異的聚氨酯締合增稠劑。在制備過程中，首先將聚醚多元醇和異氰酸酯進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，然后加入擴(kuò)鏈劑，繼續(xù)反應(yīng)一定時(shí)間，得到聚氨酯預(yù)聚體。將預(yù)聚體經(jīng)過研磨、過濾、干燥等工藝處理，得到最終的聚氨酯締合增稠劑。聚氨酯締合增稠劑的流變學(xué)性質(zhì)是其在實(shí)際應(yīng)用中的重要表現(xiàn)。本文通過旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)聚氨酯締合增稠劑的粘度、剪切應(yīng)力等進(jìn)行了測(cè)量，研究了其在不同條件下的流變行為。結(jié)果表明，該增稠劑具有較高的粘度和良好的剪切變稀行為。為了進(jìn)一步了解聚氨酯締合增稠劑的流變學(xué)行為，本文對(duì)其影響因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，溫度、pH值、離子濃度等因素對(duì)聚氨酯締合增稠劑的流變性能有較大影響。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮這些因素，以獲得最佳的增稠效果。本文成功制備出性能優(yōu)異的聚氨酯締合增稠劑，并對(duì)其流變學(xué)行為進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，該增稠劑具有較高的粘度和良好的剪切變稀行為，且其流變性能受到溫度、pH值、離子濃度等因素的影響。這些研究結(jié)果為實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。流變學(xué)，指從應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時(shí)間等方面來(lái)研究物質(zhì)變形和（或）流動(dòng)的物理力學(xué)。流變學(xué)是力學(xué)的一個(gè)新分支，它主要研究物理材料在應(yīng)力、應(yīng)變、溫度濕度、輻射等條件下與時(shí)間因素有關(guān)的變形和流動(dòng)的規(guī)律。流變學(xué)研究的是在外力作用下，物體的變形和流動(dòng)的學(xué)科，研究對(duì)象主要是流體，還有軟固體或者在某些條件下固體可以流動(dòng)而不是彈性形變，它適用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。“流變學(xué)”一詞由拉法耶特學(xué)院的尤金·庫(kù)克·賓漢教授根據(jù)他的同事馬爾克斯·雷納建議于1920年首創(chuàng)。這個(gè)詞從誤傳為赫拉克利特的名言"PantaRei"，即“一切可流”（實(shí)際上來(lái)自辛普里丘著作）。流變學(xué)測(cè)量是觀察高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的窗口，通過高分子材料，諸如塑料、橡膠、樹脂中不同尺度分子鏈的響應(yīng)，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、簡(jiǎn)便、有效地進(jìn)行原材料、中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制。流變測(cè)量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度與加工性能之間構(gòu)架了一座橋梁，所以它提供了一種直接的聯(lián)系，幫助用戶進(jìn)行原料檢驗(yàn)、加工工藝設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能。油漆、玻璃、混凝土，以及金屬等工業(yè)材料；巖石、土、石油、礦物等地質(zhì)材料；以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性質(zhì)過程中，發(fā)現(xiàn)使用古典彈性理論、塑性理論和牛頓流體理論已不能說(shuō)明這些材料的復(fù)雜特性，于是就產(chǎn)生了流變學(xué)的思想。英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋和開爾文很早就認(rèn)識(shí)到材料的變化與時(shí)間存在緊密聯(lián)系的時(shí)間效應(yīng)。麥克斯韋在1869年發(fā)現(xiàn)，材料可以是彈性的，又可以是粘性的。對(duì)于粘性材料，應(yīng)力不能保持恒定，而是以某一速率減小到零，其速率取決于施加的起始應(yīng)力值和材料的性質(zhì)。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。許多學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力雖然不變，材料棒卻可隨時(shí)間繼續(xù)變形，這種性能就是蠕變或流動(dòng)。經(jīng)過長(zhǎng)期探索，人們終于得知，一切材料都具有時(shí)間效應(yīng)，于是出現(xiàn)了流變學(xué)，并在20世紀(jì)30年代后得到蓬勃發(fā)展。1929年，美國(guó)在賓厄姆教授的倡議下，創(chuàng)建流變學(xué)會(huì)；1939年，荷蘭皇家科學(xué)院成立了以伯格斯教授為首的流變學(xué)小組；1940年英國(guó)出現(xiàn)了流變學(xué)家學(xué)會(huì)。當(dāng)時(shí)，荷蘭的工作處于領(lǐng)先地位，1948年國(guó)際流變學(xué)會(huì)議就是在荷蘭舉行的。法國(guó)、日本、瑞典、澳大利亞、奧地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利時(shí)等國(guó)也先后成立了流變學(xué)會(huì)。流變學(xué)的發(fā)展同世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程密切相關(guān)?，F(xiàn)代工業(yè)需要耐蠕變、耐高溫的高質(zhì)量金屬、合金、陶瓷和高強(qiáng)度的聚合物等，因此同固體蠕變、粘彈性和蠕變斷裂有關(guān)的流變學(xué)迅速發(fā)展起來(lái)。核工業(yè)中核反應(yīng)堆和粒子加速器的發(fā)展，為研究由輻射產(chǎn)生的變形打開新的領(lǐng)域。在地球科學(xué)中，人們很早就知道時(shí)間過程這一重要因素。流變學(xué)為研究地殼中極有趣的地球物理現(xiàn)象提供了物理-數(shù)學(xué)工具，如冰川期以后的上升、層狀巖層的褶皺、造山作用、地震成因以及成礦作用等。對(duì)于地球內(nèi)部過程，如巖漿活動(dòng)、地幔熱對(duì)流等，現(xiàn)在則可利用高溫、高壓巖石流變?cè)囼?yàn)來(lái)模擬，從而發(fā)展了地球動(dòng)力學(xué)。在土木工程中，建筑的土地基的變形可延續(xù)數(shù)十年之久。地下隧道竣工數(shù)十年后，仍可出現(xiàn)蠕變斷裂。因此，土流變性能和巖石流變性能的研究日益受到重視。在力、熱、聲、光、電領(lǐng)域，有廣泛的應(yīng)用。流變學(xué)研究?jī)?nèi)容是各種材料的蠕變和應(yīng)力松弛的現(xiàn)象、屈服值以及材料的流變模型和本構(gòu)方程。材料的流變性能主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛兩個(gè)方面。蠕變是指材料在恒定載荷作用下，變形隨時(shí)間而增大的過程。蠕變是由材料的分子和原子結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整引起的，這一過程可用延滯時(shí)間來(lái)表征。當(dāng)卸去載荷時(shí)，材料的變形部分地回復(fù)或完全地回復(fù)到起始狀態(tài)，這就是結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的另一現(xiàn)象。材料在恒定應(yīng)變下，應(yīng)力隨著時(shí)間的變化而減小至某個(gè)有限值，這一過程稱為應(yīng)力松弛。這是材料的結(jié)構(gòu)重新調(diào)整的另一種現(xiàn)象。蠕變和應(yīng)力松弛是物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的外部顯現(xiàn)。這種可觀測(cè)的物理性質(zhì)取決于材料分子(或原子)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性。因此在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，單個(gè)分子(或原子)的位置雖會(huì)有改變，但材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特征卻可能不會(huì)變化。當(dāng)作用在材料上的剪應(yīng)力小于某一數(shù)值時(shí)，材料僅產(chǎn)生彈性形變；而當(dāng)剪應(yīng)力大于該數(shù)值時(shí)，材料將產(chǎn)生部分或完全永久變形。則此數(shù)值就是這種材料的屈服值。屈服值標(biāo)志著材料由完全彈性進(jìn)入具有流動(dòng)現(xiàn)象的界限值，所以又稱彈性極限、屈服極限或流動(dòng)極限。同一材料可能會(huì)存在幾種不同的屈服值，比如蠕變極限、斷裂極限等。在對(duì)材料的研究中一般都是先研究材料的各種屈服值。在不同物理?xiàng)l件下(如溫度、壓力、濕度、輻射、電磁場(chǎng)等)，以應(yīng)力、應(yīng)變和時(shí)間的物理變量來(lái)定量描述材料的狀態(tài)的方程，叫作流變狀態(tài)方程或本構(gòu)方程。材料的流變特性一般可用兩種方法來(lái)模擬，即力學(xué)模型和物理模型：在簡(jiǎn)單情況(單軸壓縮或拉伸，單剪或純剪)下，應(yīng)力應(yīng)變特性可用力學(xué)流變模型描述。在評(píng)價(jià)蠕變或應(yīng)力松弛試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，利用力學(xué)流變模型有助于了解材料的流變性能。這種模型已用了幾十年，它們比較簡(jiǎn)單，可用來(lái)預(yù)測(cè)在任意應(yīng)力歷史和溫度變化下的材料變形。力學(xué)模型的流變模型沒有考慮材料的內(nèi)部物理特性，如分子運(yùn)動(dòng)、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、裂紋擴(kuò)張等。當(dāng)前對(duì)材料質(zhì)量的要求越來(lái)越高，如高強(qiáng)度超韌性的金屬、高強(qiáng)度耐高溫的陶瓷、高強(qiáng)度聚合物等。對(duì)它們的研究就必須考慮材料的內(nèi)部物理特性，因此發(fā)展了高溫蠕變理論。這個(gè)理論通過考慮了固體晶體內(nèi)部和晶粒顆粒邊界存在的缺陷對(duì)材料流變性能的影響，表達(dá)出材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物理常數(shù)，亦即材料的物理流變模型。它適用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，包括泥漿、污泥、懸浮液、聚合物、食品、體液和其他生物材料。這些物質(zhì)的流動(dòng)在固定溫度下不能用單一粘度值來(lái)表征——反而其他一些因素影響粘度的改變。例如，搖動(dòng)番茄醬可以減小它的粘度，但是水卻不行。自從艾薩克·牛頓提出粘度的概念，粘度可變的液體研究也被稱作非牛頓流體力學(xué)。流變學(xué)從一開始就是作為一門實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展起來(lái)的，因此實(shí)驗(yàn)是研究流變學(xué)的主要方法之一。它通過宏觀試驗(yàn)，獲得物理概念，發(fā)展新的宏觀理論。例如利用材料試件的拉壓剪試驗(yàn)，探求應(yīng)力、應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系，研究屈服規(guī)律和材料的長(zhǎng)期強(qiáng)度。通過微觀實(shí)驗(yàn)，了解材料的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)，如多晶體材料顆粒中的缺陷、顆粒邊界的性質(zhì)，以及位錯(cuò)狀態(tài)等基本性質(zhì)，探討材料流變的機(jī)制。對(duì)流體材料一般用粘度計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。比如，通過計(jì)算球體在流體中因自