文献综述
纸浆纤维悬浮液归属于多相流体，一般而言，造纸纤维的平均长度1～3mm，长径比约为60～100mm。一定浓度时，纸浆纤维悬浮液中纤维因为机械交织作用形成繁复的纤维网络结构，纤维相互间的缠绕交织在絮团内限制了纤维的流动自由，让纤维网有防御外部剪切作用力的物理强度。为使纸浆纤维悬浮液之间产生流动性，施加一定的剪切力在纸浆外部，即纤维网的结构强度要小于剪切力的大小，这就是纸浆纤维悬浮液的屈服应力[1]。
在国际制浆造纸科研领域，纸浆纤维悬浮液流变特性是一个重要课题。其中，屈服应力是纸浆纤维悬浮液中极其重要的流变参数之一，对于制浆造纸设备的优化设计以及生产过程操作技术方面具有非常重大的意义[2-3]。关于纸浆流变特性纤维悬浮液屈服应力的研究颇多，但对于制浆造纸过程中设备设计方面的应用和操作中屈服应力的研究并不多见[4]。国内在研究屈服应力方面与国外本领域研究现状相比还有较大差距。
水环在纤维悬浮液中的存在于1957年就被Head等[5]所发现；1959年Baines[6]通过Navier-Stokes方程式研究了特定的纤维悬浮液的水环厚度；1964年水环形成的模拟由Meyer等[7]首次模拟，并且得出是因为纤维网络的径向压缩形成了水环；水环厚度的计算由Mller等[8]对Meyer模型简单化；水环的形成模型由Babkin[9]所研发，对边界纤维的弯曲和纤维网络的分散作出了解释；Jsberg[10]通过模拟塞流中的流动，得出水环形成在纤维塞和管壁之间。Damani等[11]对于纤维悬浮液粘弹性方面做出相对大的研究，即2%～13%浓度纸浆纤维悬浮液的粘弹性与Bennington等[12]测量得出模拟流动高剪切纤维悬浮液需要考虑粘弹性的存在一样的结论。纤维悬浮液形成纤维网络是因为它容易絮聚，此前该结论由陈克复[13]在1984年提出：如果没有太大的浆流浓度，纤维网络在浆流中会分裂较多的纤维网络片或块状物，并且分别流动，一旦改变流动条件，又立即分散。之后于1996年Scott[14]提出:“絮凝”在造纸中指纤维群聚在一起，需要辨别硬絮凝和软絮凝，一般情况下硬絮凝会结合得很牢固，而一旦硬絮凝被破坏，这样牢固的纤维就不会再形成，软絮凝却是可逆的，会重新形成。
集聚因子N一般是形容纸浆悬浮液中纤维交织的密集度，N是悬浮液中纤维在以单根纤维长度为直径的球形区域的总和。对于特定纸浆纤维悬浮液，纤维之间的交织点数越多所形成的纤维网越紧密，所对应的纸浆纤维悬浮液的屈服应力就越大。纸浆在低浓条件下空气含量较低，可近似看作两相流体，当浆浓升高，纸浆中空气含量也随之上升，此时纸浆就是含纤维、水和气体的多相流体。一般气体含量较高时用体积浓度Cv表示质量浓度Cm，二者可相互转换[15]。
Mason[16]于1950年定义集聚因子N=1时的纸浆浓度为临界浓度，纤维在纸浆悬浮液中纤维在临界浓度以下是自由运动的，机械交织并未产生在纤维间，因此网络絮团不存在于悬浮液中。20世纪90年代，Kerekes等人[15]通过图像分析，得出集聚因子N=60时，单根纤维未发生自由运动，而是纤维间交织在一起构成稳定的网络结构，此时纸浆纤维悬浮液的屈服应力异常明显；而单根纤维长度上的交织点数为 3通过纤维自锁理论可得出。当N=16时，Martinez等人[17]经研究发现，纤维在纸浆悬浮液中交织，纤维絮团由此形成，不过纤维网络结构此时并不稳定；N＜16时，纤维在悬浮液中十分稀疏，不存在纤维网络。Martinez由此将N=16定义为胶凝集聚因子，即N＞16时，屈服应力存在于纸浆纤维悬浮液中。
在制浆造纸、食品以及聚合物等化学工业中纤维悬浮液的应用十分广泛[18]，纤维交织缠绕后所形成的网络在一定质量分数下表征为非牛顿流体，受到一定应力作用时表现为屈服效应进而流动。纸浆纤维悬浮液屈服应力重点研究屈服应力和质量分数间的联系[19-20]，但纤维尺寸对屈服应力的影响的探索较少[21-22]，关于二者间的联系有待深入了解。
参考文献：
[1] Bennington C P J, Kerekes R J, Grace J R. The yield stress of fibre suspensions[J]. Canadian Journal of Chemical Engineering, 1990, 68( 10) : 748.
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