第六章流变学.pdf

第八章 流变学  流变学是研究物质在外力作用下流动与形变的科学，涉及 范围广，大至土木建筑、冰川的移动，小到细胞和微生物 的蠕动。  研究方法： 一、用数学方法来描述物体的流变性质，而不追究其内 在原因； 二、通过实验，从物体所表现出来的流变性质联系物体 内部结构的实质问题。  流变学目前还处于定性说明阶段，但仍具有重要地位，如 钻井泥浆、油漆、橡胶、塑料、纺织、食品等工业的产品 质量，或工艺流程的设置，往往取决于它的流变性质。  本章研究固体分散在液体中的溶胶或悬浮体。 8.1 粘度  粘度是液体流动时所表现的内摩擦。 τ=η·D 其中η是切力与切速率之间的比例系数，称为该液体的粘 度，τ是单位面积上的切力，D表示切速率。  凡是服从这种简单比例关系的液体均称为牛顿液体，这种 粘度称为牛顿粘度。  在室温下水的粘度为1mPa · s。  对于大多数纯液体或低分子的稀溶液，在一定温度下， 粘度是一个定值。  对于有两相存在的溶胶或悬浮体，切力τ与切速率D的关 系就比较复杂。  由于介质中有分散粒子，液体的流动推动粒子时要受到 阻力，要消耗额外能量，因此粘度增加。若粒子间有相 互作用，或粒子的不对称性结构，都会产生干扰，此时 粘度更大。  用η表示分散体系的粘度，η 为分散介质的粘度，则有 0 Einstein公式： η=η0 （1+ k φ）  对于球形粒子，k=2.5 ，则 η=η0 （1+ 2.5φ） 其中，φ是分散相在全部分散体系中所占有的体积分数。  如果分散相较浓，由于粒子间的彼此牵制会引起粘度升高， 公式变为 2  η=η0 （1+ aφ+bφ +….）  如果分散相粒子是带电的，在切力的作用下，流动的粒 子与分散介质之间的相对运动会产生相对电位，这就需 要外力来克服粒子表面的电荷与双电层内离子之间的相 互作用，从而使粘度上升，这种现象称为电粘效应。  对于高分子电解质而言，除上述效应外，主要是形态的 影响。当电解质浓度较高时，分子卷曲，粘度下降；电 解质浓度较低时，分子内斥力增加，使链段伸展得很长， 粘度就上升。所以高分子化合物溶液的粘度更为复杂。 8.2 粘度的测定  测定粘度是研究流变学的最基本方法，测定方法有多种， 如落球法、振动法、毛细管流动法和转筒法等。 8.2.1 毛细管粘度计液体的管式流动  毛细管粘度计是测定粘度的最常用方法之一。其基本原理 是在一定压力下液体通过一定长度和半径的毛细管，测定 它的流速就能计算液体的粘度。  常见的毛细管粘度计有Ostwald型和Ubbelohde型两种。 •测定的不是液体粘度的绝对数值，通常是用已知粘度的液 体求出粘度计的仪器常数后，再用它来测定未知液体的粘 度。  用毛细管粘度计可获得精确结果（从0.01%到0.1%）， 但必须严格控制温度，并滤去杂质，且使流过时间在 100-120s以上为好。 8.2.2 转筒式粘度计环形流动  转筒式粘度计适用于粗分散体系，由两个同心筒构成， 8.2.3 锥板型粘度计 O 由一平板和一圆锥体组成，锥顶角接近于180 ，对于非 牛顿流体而言十分理想。 8.3 流型  实际使用的流体大多为浓体系，为非牛顿流体，比简单 的牛顿体系复杂得多。  以切力为横坐标，以切速率为纵坐标会得到不同的流变 曲线，分为不同的流型。其中牛顿型流体的粘度不随外 界切力而变，是个常数，因此为直线，并通过原点，或 者说，在任意小的外力下液体就能流动，用粘度这一数 值即可表征牛顿体系