制浆造纸工业是典型的流程工业,从蒸煮工段一直到造纸机上的纸页成形,都涉及到不同浓度下纸浆纤维悬浮液的流动过程。纸浆纤维悬浮液是以纤维作为固相的非均相混合物,属多相流体。为维持制浆造纸各操作单元的高效、经济和稳定运行以及保证良好的半成品及产品品质,研发相关工段的操作条件及先进装备,对纸浆纤维悬浮液的流变特性进行研究与分析具有重要的现实意义。本文在综述纸浆悬浮液的屈服、触变和黏弹特性等基本流变特性的基础上,对纸浆悬浮液屈服应力的产生及其影响因素、测量方法和装置进行归纳和总结,并阐述了纸浆悬浮液的屈服应力在制浆造纸生产中的应用研究进展；其次,选用三种典型的屈服应力测量方法,即剪切应力梯度法,流变曲线回归法和超声多普勒测速仪(UDV)法测量了化学浆纤维悬浮液的屈服应力,并对比分析以上三种测量方法的差异性；结合造纸工业生产实际,进一步研究了打浆和纤维配比对化学浆纤维悬浮液屈服应力的影响；此外,通过触变环测试、蠕变测试和阶跃测试研究了化学浆纤维悬浮液的触变特性,分析了纸浆悬浮液屈服应力的时间依赖性；最后,结合我国造纸工业非木材纤维原料的使用现状,研究了漂白竹浆和未漂玉米秸秆浆的屈服和触变特性。经研究,本文取得的主要成果如下：(1)纸浆纤维悬浮液是以纤维作为固相的非均相混合物,属多相流体。在临界浓度以上,纤维絮团的存在使纸浆悬浮液呈现屈服、触变和黏弹特性,其中,国内外研究主要集中在纸浆悬浮液的屈服和黏弹特性方面。对于纸浆悬浮液的屈服应力,研究主要集中在三个方面：即纸浆纤维物理特性以及一些外部因素如温度、pH和剪切作用对屈服应力的影响；纸浆纤维悬浮液屈服应力的测量方法和测量装置的研究；纸浆纤维悬浮液的屈服应力在造纸工业中的应用研究。(2)对某种浆料悬浮液,在相同的质量浓度下,使用不同方法测量的屈服应力值不同。在0.5%-1.5%浓度范围内,对漂白阔叶木浆,采用剪切应力梯度法和流变曲线回归法测量的屈服应力要比UDV法分别大175%-507%和32%-161%；对漂白针叶木浆,采用剪切应力梯度法和流变曲线回归法测量的屈服应力要比UDV法分别大4%-121%和-29.4%-40.3%。(3)在稳态剪切条件下,纸浆悬浮液的屈服应力随着浓度的增加而指数式增加,并且屈服应力Ty与浓度Cm间满足Ty=aCmb函数关系。(4)在质量浓度为0.5%-1.5%范围内,随着纸浆游离度的降低,漂白阔叶木浆的屈服应力先升高后降低,对于浓度高于1%的漂白针叶木浆,其屈服应力的变化趋势与阔叶木浆一致；当漂白针叶木浆的浓度低于0.75%时,其屈服应力随着游离度的减小而不断增加。漂白针叶木浆和漂白阔叶木浆经PFI盘磨打浆后,无法使用游离度这一单变量来预测纸浆屈服应力的变化趋势。(5)在同一种浓度下,漂白针叶木浆和阔叶木浆混合纤维悬浮液的集聚因子N随着浆料中针叶木纤维比例的提高而不断增加,且集聚因子N与针叶木纤维配比x间满足N=j+kex/74.6函数关系；在同一种浓度下,针叶木和阔叶木混合浆料的屈服应力ty随着浆料中针叶木纤维占比x的增加而线性增加,二者满足ty=T+y.x函数关系。(6)采用UDV法测量纸浆的屈服应力时,漂白针叶木和阔叶木混合纤维悬浮液的屈服应力Ty随着集聚因子N的增加而不断增加,且UDV法测得的屈服应力Ty与集聚因子N和纤维长径比A间满足Ty=1.81(N/A)2.65函数关系。(7)在临界浓度以上,纸浆纤维悬浮液是具有屈服效应的触变性流体,木材纤维和非木材纤维悬浮液间的触变性流动特征极为相似。纸浆悬浮液的屈服应力具有明显的时间依赖性,当松弛时间由120s增加至600s,集聚因子N=120时的漂白阔叶浆和漂白针叶浆的屈服应力分别增加了2.79%和4.71%；当松弛时间超过600s,两种木材纤维悬浮液的屈服应力基本保持不变。当松弛时间由120s增加至300s,集聚因子N=120时的漂白竹浆和未漂玉米秸秆浆的屈服应力分别增加了4.65%和3.15%；当松弛时间超过300s,两种非木材纤维悬浮液的屈服应力基本保持不变。(8)采用触变环测试纸浆悬浮液的流变特性时,流变曲线会出现剪切速率突变平台,且由触变曲线得到漂白针叶木浆与漂白阔叶木浆的静态屈服应力Ty与集聚因子N和纤维长度l间满足τy=9.28×10-11(N/l)2.27函数关系；在蠕变测试中,纸浆悬浮液会呈现静止和流动两种状态,在剪切速率曲线上出现黏度分叉；采用指数方程μapp(t)=a.exp(-t/τ)+μ∞来定量描述纸浆悬浮液在阶跃剪切速率下的瞬态黏度响应时,特征时间t可用来表征浆料内部微观纤维网络结构在剪切作用下的变化速度。(9)当浆料温度由20℃升至60℃时,漂白竹浆和未漂玉米秸秆浆的流变曲线向下偏移,漂白竹浆和未漂玉米秸秆浆的屈服应力分别下降了7.4%和10.6%；当纸浆pH由3.0升至11.0时,漂白竹浆和未漂玉米秸秆浆的流变曲线和屈服应力基本保持不变。