第9章 流变学详解.ppt

第9章　流变学Rheology 第9章　流变学 　　 　　§9-1 引言　　 Introduction §9-2　 黏度 Viscosity §9-3　非牛顿流体 Non-Newtonian flow §9-4　黏弹性 Viscoelasticity §9-1　引言 　　　流变学是研究在外力作用下物质流动与变形的科学。 　　　最简单的流变性一方面表现为牛顿黏性流体的性质；另一方面表现为虎克弹性固体的性质。 　　　但在自然界中有许多物质尤其是具有胶体性质的物质既非牛顿流体又非虎克固体，它们在外力作用下呈现出特殊的复杂的形变和流动特性，这就是流变学所要研究的对象。　 §9-1　引言 　　　研究流变学有两种方法，其一是用数学方法来描述物体的流变性质而不追求其内在原因；其二是通过实验，从物体所表现出的流变性质联系到物体内部的结构，解释现象的本质。 §9-2 　黏度 §9-2 　黏度 §9-2 　黏度 §9-2 　黏度 §9-2 　黏度 1、毛细管流动法 　　是一种最常用的测量黏度的方法，是建立在流体通过毛细 管的流动这一现象的，迫使流动所需的压力造成了剪切应力。 　　两种液体的相对黏度系数可用一个简单的奥斯瓦德黏度计 来测量。 §9-2 　黏度 §9-2 　黏度 　　对于研究非牛顿液体的流动状态， 多采用同心圆筒式、锥板式装置。在实 际工作中主要由它来确定流体的流型。 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-2　黏度 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-3　非牛顿流体 §9-4　黏弹性 §9-4　黏弹性 §9-4　黏弹性 　　4、触变性流体 　　上述三种系统都有一个共同点，即其流变曲线都可用　　 　　　　　来描述，其中都不包括时间因素。 　　但某些流体的黏度不仅与切变速度大小有关，而且与系统遭受切变的时间长短有关，它们是时间依赖性流体。可分为两类： 　　（1）触变性系统 　　（2）震凝性系统 　　这两种都是非牛顿流体，但切变与时间有关。　 　　（1）触变性系统 　　绝大多数时间依赖性流体是触变性流体。 　　触变性流体内的质点间形成结构，流动时结构破坏，停止流动时结构恢复，但结构破坏与恢复不是立即完成的，需要一定的时间，因此系统的流动性具有明显的时间依赖性。 　　触变性可以看成是系统在恒温下“凝胶－溶胶”之间的相互转换过程的表现。 　　物体在切力作用下产生变形，若黏度暂时性降低，则该物体即具有触变性。　 　　在用转筒式黏度法测量触变性流体的　　　曲线时，升高切变速度的上行线与降低切变速度的下行线不重合，形成一个滞后环，这是触变性流体的显著特点。 　－D D A C B 图9-7　触变性流体的流变曲线示意图 　　还有一种负触变现象，它与通常的触变性相反，即在外切力作用下，系统的黏度迅速上升，静止后又恢复原状，它是具有时间因素的切稠现象。 　　从滞后圈来看，它是顺时针的，而触变系统是逆时针的。 　　最初发现负触变性是在高分子溶液中，最典型的是5％聚异丁烯的苯溶液。 　　（2）震凝性系统 　　震凝性系统是溶胶在外界有节奏的震动下变成凝胶。这种节奏性震动可以是轻轻敲打、有规则的圆周运动或搅拌等。 　　例如，膨润土悬浮物在静置时凝结得很慢，但当轻轻震动时，就会很快凝结起来。 　　将1.3％蒙脱土是悬浮体放入1cm直径的试管内，加一滴饱和NaCl（或KCl）溶液，用橡皮棒有节奏地轻轻敲打试管，在25℃时经过15s就凝结成凝胶。 　　震凝性与胀性不同 　　当外切力取消后，胀性系统的黏度立即降低而“稀化”；而震凝性系统保持凝固状态，至少有一段时间呈凝聚状态，然后再稀化。 　　从微观结构看，胀性系统的悬浮体是“高浓度的”，固体含量常高达40％以上，润湿性能良好；震凝性固体含量低，仅 1％～2％左右，而且粒子是不对称的，因此形成凝胶完全是粒子定向排列的结果。 　　某些物质例如高分子浓溶液（或熔体）在显示黏性流动行为的同时，也具有弹性特征，这就是黏弹性流体。 　　在一物体上施加切力时，该物体就产生形变，形变与切力成正比，并服从虎克定律；如除去切力，物体立即恢复到原来的形态，称为弹性流体。 　　对牛顿流体来说，切力除去后，不会恢复到原来的