第四章 流变学与粉体学1.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * 第四章 流变学与粉体学 Rheology and micromeritics 栾立标 Tel第一节 流变学（Rheology） 一、概述 （一）流变学:研究在外力作用下物质变形和流动的一门科学。 1.变形(deformation)固体物质的形状和体积的改变。 ●弹性变形:外力去除后完全恢复原状变形，为可逆性变形。 ●塑性变形:为非可逆变型。 2.流动或流变(Flow )流体没有确定形状、且不能恢复的变形。 流动可视为一种非可逆变形的过程。 HooK’s定律： S=F/A=G[(Ls-Lo)/Lo]=G? 式中：F为作用力，A为力作用的面积。Lo为初始长度，Ls为力作用拉伸后的长度。 ●G称为弹性模量。1/G称为可拉伸长度。 ●S=F/A为应力(stress):单位面积上的内力(与外力向对应) ●?=(Ls-Lo)/Lo为应变(strain)：应力引起的变形。 如聚苯乙稀G为3.4?1010，明胶G为2.4?106，前者硬度大，易破碎。后者的韧性大，不易破碎。 Newton’s定律： S＝F/A＝?（d?/dr）＝?D ● F/A：剪切应力(shearing force，简写为S) 单位N?m-2。 ● d?/dr：剪切速率（rate of shear，简写为D）单位s-1。 ●?:粘度(viscosity)单位用Pa?s。是流体相邻两层质点间作相对运动时所产生的内摩擦力或阻力，流体这种性质为粘性。 ●牛顿流体:服从上述牛顿定律的流体。或称粘性流体 ●非牛顿流体:不符合牛顿定律的流体。大部分流体是非牛顿流体。 （四）粘弹性（viscoelasticity） ： 1、粘弹性：物质具有弹性和粘性的双重性质。如高分子物质或分散体系是粘弹性物质。 2、粘弹性物质的流变特点：主要表现在应力松弛和蠕变两个方面，具有时间效应。 ●应力松弛（stress relaxation）：材料在恒定应变下，样品内部的应力随时间而减小的现象。 ●蠕变(creep)：物质恒定应力作用下，变形随时间而增大的现象。 二、流变性质 （一）牛顿流动 S＝F/A＝?（dv/dr）＝?D 如水、乙醇、氯仿和蓖麻油等。 （二）非牛顿流动 1、塑性流动（plastic flow） D＝（S-S0）／?a S0：致流值或屈服值（yield value),网状结构破坏 ?a为非牛顿流体的表观粘度(apparent viscosity)。 塑性流动有浓度较高的乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂等。 2、假塑性流体 (pseudoplastic flow, quasi-plastic flow): D＝Sn/?a (1n?) ?a为表观粘度，随D的改变而改变；n是指数。 剪切稀化效应 如甲基纤维素、西黄嗜胶、海藻酸钠等水溶液。 pseudoplastic flow quasi-plastic flow or pseudo-viscous fluid 3、胀性流动（dilatant flow） D＝Sn/?a 0n1; ?a为表观粘度. 如滑石粉或淀粉等混悬液 剪切增稠-胀容作用。紧密排列?疏松排列，失去水润滑作用。 三、触变性(thixlotropy ) 1、概念：非牛顿流体流动时，当外力停止或减小后，体系粘度随时间恢复原状的性质。 凝胶-溶胶-凝胶的可逆转变。 流动曲线的特性:环状滞后曲线。 如普鲁卡因青霉素注射液缓释作用和某些软膏剂。 四、流变学性质的测定： ?(D)=S/D ●牛顿流体：用D一定的粘度计测定?。 如毛细管黏度计或落球粘度计。 ●非牛顿流体：用可测不同D的粘度计测定? 旋转粘度计：一定转速下，测定产生的力矩，应变控制型（Couette