流變學(xué)概述方案課件

流變學(xué)概述流變學(xué)概述一.材料的流變學(xué)特性材料的幾種力學(xué)形態(tài)：剛體：

在外力作用下不變形的物體。其特點(diǎn)是應(yīng)力

時(shí)，應(yīng)變

0。剛體是一種理論形態(tài)，在理論力學(xué)中用來作力學(xué)和運(yùn)動學(xué)分析，實(shí)際材料中并不存在。一.材料的流變學(xué)特性材料的幾種力學(xué)形態(tài)：線彈性體線彈性體遵從虎克定律

(1-1)式中：－應(yīng)力，－應(yīng)變，E－彈性模量對于金屬等結(jié)晶材料，在彈性極限內(nèi)，就可以視為線彈性體線彈性體胡克彈性1678年，胡克假定“任何一根彈簧的力與由此產(chǎn)生的伸長成正比”即胡克彈性定律胡克定律表示材料在受力時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間存在線性關(guān)系，線性彈性也稱胡克彈性在物體上施加外力，產(chǎn)生瞬時(shí)變形，除去外力，變形立即消失，這種與時(shí)間無關(guān)的變形稱為彈性變形，物體具有彈性變形的性質(zhì)稱物體的彈性，也就是狹義的彈性叫胡克彈性或線性彈性胡克彈性完全流體

粘度為零的流體。其特點(diǎn)是只要有微小的外力，就會產(chǎn)生無限大的流動。這是一種理論形態(tài)，實(shí)際材料中不存在完全流體。完全流體粘度為零的流體。其特點(diǎn)是只要有微小的外力，就會產(chǎn)生牛頓流體

流體的特點(diǎn)是任何微小都能引起不可逆的流動或永久的塑性變形.實(shí)際流體是具有粘度的,如果流體流動的剪切應(yīng)力與其應(yīng)變速率之間呈線性關(guān)系,即滿足下式:(1-2)式中:-剪切應(yīng)力,-應(yīng)變速率,-粘度滿足上式的流體稱為牛頓流體,其粘度也稱為牛頓粘度,牛頓流體也稱為線性流體。一般低分子流體一般是牛頓流體，濃度非常低的聚合物溶液也可以近似作為牛頓流體。牛頓流體流體的特點(diǎn)是任何微小都能引起不可逆的流動或永久的塑牛頓粘性粘度為一常數(shù)的流體稱為牛頓流體，應(yīng)力正比于應(yīng)變，應(yīng)變隨時(shí)間成線性發(fā)展流體在流動時(shí)，存在著流體與固體表面的附著力和流體內(nèi)部分子間的作用，流體不斷發(fā)生剪切變形，流體的粘滯性就是流體抵抗剪切變形的能力，簡稱流體的粘性粘度是流體粘滯性的度量，用以描述流動時(shí)的內(nèi)摩擦大小，也就是說流體內(nèi)部分子間作用力越大，流體的粘滯性越大，流動時(shí)內(nèi)摩擦越大，流體粘度也就越大牛頓粘性非牛頓流體

對不滿足牛頓定律的流體，稱為非牛頓流體，也叫非線性流體。絕大多數(shù)聚合物濃溶液、熔體是非牛頓流體。非牛頓流體對不滿足牛頓定律的流體，稱為非牛頓流體，也叫非線流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件山，經(jīng)歷長久的地質(zhì)年代可發(fā)生流動；水，在突然施加暫短外力的情況下可表現(xiàn)為彈性體。這些現(xiàn)象說明，物質(zhì)本身固有的彈性和粘性這一對內(nèi)在性質(zhì)，因外界力的作用時(shí)間而相互轉(zhuǎn)化。實(shí)質(zhì)上，這種彈性和粘性是組成物體的諸質(zhì)點(diǎn)之間相對運(yùn)動的表現(xiàn)。流變力學(xué)就在于回答：當(dāng)外界作用的歷程和參數(shù)為已知時(shí)，在某一瞬間物體中某一點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變是怎樣的？山，經(jīng)歷長久的地質(zhì)年代可發(fā)生流動；水，在突然施加暫短外力的情流變學(xué)概述方案課件實(shí)際材料的變形過程：流動+變形實(shí)際材料的變形過程：粘性和彈性的轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)觀念中，固體毫無疑問是彈性的，流體是粘性的，然而他們卻是材料屬性不可分割的兩部分，相互依存，相互轉(zhuǎn)化粘彈體在外力作用下哪一種性質(zhì)占優(yōu)勢，依賴于應(yīng)力和施加應(yīng)力的持久性，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，假若實(shí)驗(yàn)相對緩慢，樣品似乎呈現(xiàn)粘性而不是彈性，但是假若實(shí)驗(yàn)相對較快，似乎呈現(xiàn)彈性而不是粘性，在中等時(shí)間標(biāo)度，觀察到混合（粘彈性）響應(yīng)流變學(xué)的產(chǎn)生，采用流變性儀器就可以在施加非常寬的應(yīng)力范圍，非常寬的頻率譜內(nèi)研究固體的粘性和流體的彈性粘性和彈性的轉(zhuǎn)化流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)發(fā)展小故事流變學(xué)發(fā)展小故事流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件第一節(jié)概述二．流變學(xué)的基本概念

流變學(xué)——來源于希臘，由Bingham和Crawford為了表示液體的流動和固體的變形現(xiàn)象而提出來的概念。第一節(jié)概述二．流變學(xué)的基本概念什么是流變學(xué)？

Rheologyrheo–toflowlogos–scienceology–thestudyofisthestudyoftheflowofmaterialsthatbehaveinaninterestingorunusualmanner.Unusualmaterialssuchasmayonnaise,peanutbutter,chocolate,breaddough,paints,inks,roadbuildingaterials,cosmetics,dairyproducts,etc.什么是流變學(xué)？

Rheologyrheo–toflow什么是流變學(xué)？流變學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)分支，是主要研究材料在外界作用(應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、電場、磁場、輻射等)下的變形和流動的科學(xué)Rheologyis“thestudyoftheflowanddeformation

ofallformsofmatter.”——E.C.Bingham,M.ReinerApr.29th,1929“EverythingFlows”

萬物皆流——Heraclitus(赫拉克利特,紀(jì)元前五世紀(jì)的希臘哲學(xué)家)什么是流變學(xué)？

變形：對某一物體外加壓力，其內(nèi)部的各部分的形狀和體積發(fā)生的變化。主要與固體的性質(zhì)相關(guān)。對固體施加外力，則固體內(nèi)部存在一種與外力相對抗的內(nèi)力使固體恢復(fù)原狀。此時(shí)在單位面積上存在的內(nèi)力稱為應(yīng)力（Stress）。流變學(xué)概述方案課件

由外部應(yīng)力而產(chǎn)生的固體的變形，如除去其應(yīng)力，則固體恢復(fù)原狀，這種性質(zhì)稱為彈性（Elasticity）。

把這種可逆性變形稱為彈性變形（elasticdeformati-on），而非可逆性變形稱為塑性變形（plasticdeformat-ion）。

流動主要表示液體和氣體的性質(zhì)。流動的難易與物質(zhì)本身具有的性質(zhì)有關(guān)，把這種現(xiàn)象稱為粘性（Viscosity）。流動也視為一種非可逆性變形過程。

實(shí)際上，某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性（粘彈性）。這種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)，對這種現(xiàn)象進(jìn)行定量解析的學(xué)問稱為流變學(xué)。由外部應(yīng)力而產(chǎn)生的固體的變形，如除去其應(yīng)力，則固體恢復(fù)原狀流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件第二節(jié)流變學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展第二節(jié)流變學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展流變學(xué)概述方案課件

切變應(yīng)力與切變速率

在流速不太快時(shí)，可將流動著的液體視為互相平行移動的液層叫層流（如下圖），由于各層的速度不同，便形成速度梯度du/dy，這是流動的基本特征。

uy表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)：1.在單位液層面積（A）上施加的使各液層間產(chǎn)生相對運(yùn)動的外力稱為剪切應(yīng)力，簡稱剪切力（shearigforce）,單位為N/m2，以S表示。2.剪切速度（rateofshear），單位為S-1，以D表示。切變應(yīng)力與切變速率uy表征體系流變49二、剪切應(yīng)力與剪切速率剪切速度：由于各層的速度不同，便形成速度梯度du/dy，稱剪切速度，用D表示。剪切力：使各液層間產(chǎn)生相對運(yùn)動的外力。剪切應(yīng)力：在單位液層面積（A）上所需施加的這種力稱為剪切應(yīng)力，用S表示。49二、剪切應(yīng)力與剪切速率剪切速度：由于各層的速度不同，便形流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件流變學(xué)概述方案課件第二節(jié)流變性質(zhì)

一．牛頓流動牛頓粘度定律：純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力（S）與剪切速度（D）成正比。遵循該法則的液體為牛頓流體。

式中，η——粘度或粘度系數(shù)，是表示流體粘性的物理常數(shù)。單位為泊，1P=0.1N·S·m-2，SI單位中粘度用Pa·S或Kg/(m·s)表示。粘度系數(shù)除以密度ρ得的值ν（ν

=η/ρ）為動力粘度（SI單位為㎡/S）。第二節(jié)流變性質(zhì)

流變學(xué)概述方案課件

下表中表示制劑研究中常用的各種液體在20℃條件下的粘度。

下表中表示制劑研究中常用的各種液體在20℃條件下的粘度

根據(jù)公式得知牛頓液體的切變速度D與切變應(yīng)力S之間如下圖所示，呈直線關(guān)系且直線經(jīng)過原點(diǎn)。

(a)牛頓流動

根據(jù)公式得知牛頓液體的切變速度D與切變應(yīng)力S之間如下圖二．非牛頓流動

實(shí)際上大多數(shù)液體不符合牛頓粘度定律，如高分子溶液、膠體溶液、乳劑、混懸劑、軟膏以及固-液的不均勻體系的流動。把這種不遵循牛頓粘度定律的物質(zhì)稱為非牛頓流體，這種物質(zhì)的流動現(xiàn)象稱為非牛頓流動。

非牛頓流體的剪切速度D和剪切應(yīng)力S的變化規(guī)律，經(jīng)作圖后可得四種曲線的類型：塑性流動、假塑性流動、脹形流動、觸變流動。

對于非牛頓流體可以用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測定。二．非牛頓流動（一）塑性流動(plasticflow)塑性流動的流動曲線：曲線不經(jīng)過原點(diǎn)，在橫軸S軸上的某處有交點(diǎn)，得屈伏值（yieldvalue）或降伏值。當(dāng)切變應(yīng)力增加至屈伏值時(shí)，液體開始流動，切變速度D和切變應(yīng)力S呈直線關(guān)系。液體的這種性質(zhì)稱為塑性流動。引起液體流動的最低剪切應(yīng)力為屈伏值S0：

η——塑性粘度（plasticviscosity）；S0——屈伏值、致流值或降伏值，單位為dyne·㎝-2。

(b)塑性流動（一）塑性流動(plasticflow)η——塑性粘度（塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖塑性流動的特點(diǎn)：不過原點(diǎn)；有屈伏值S0；當(dāng)切應(yīng)力S<S0時(shí)，形成向上彎曲的曲線；當(dāng)切應(yīng)力S>S0時(shí)，切變速度D和切應(yīng)力呈直線關(guān)系。在制劑中表現(xiàn)為塑性流動的劑型有濃度較高的乳劑和混懸劑。塑性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖塑性流動的特點(diǎn)：不過原點(diǎn)；有屈伏值S（二）假塑性流動（pseudoplasticflow）隨著S值的增大粘度下降的流動現(xiàn)象稱為假塑性流動。

式中，ηa

——表觀粘度（apparentviscosity）。假塑性流動的特點(diǎn)：沒屈伏值；過原點(diǎn)；切應(yīng)速度增大，形成向下彎的上升曲線，粘度下降，液體變稀。在制劑中表現(xiàn)為假塑性流動的劑型有某些親水性高分子溶液及微粒分散體系處于絮凝狀態(tài)的液體。（c）假塑性流動

（二）假塑性流動（pseudoplasticflow）（c（三）脹性流動（dilatantflow）

脹性流動曲線曲線經(jīng)過原點(diǎn)，且隨著切變應(yīng)力的增大其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的曲線稱為脹性流動曲線（dilatantflowcurve）。（d）脹性流動

脹性液體的流動公式：D=Sn/

an<1，為脹性流體；當(dāng)n接近1時(shí)，流動接近牛頓流動。

（三）脹性流動（dilatantflow）（d）脹性流動脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖

脹性流動的特點(diǎn)：沒屈伏值；過原點(diǎn)；切應(yīng)速度很小時(shí)，液體流動速度較大，當(dāng)切應(yīng)速度逐漸增加時(shí)，液體流動速度逐漸減小，液體對流動的阻力增加，表觀粘度增加，流動曲線向上彎曲。

在制劑中表現(xiàn)為脹性流動的劑型為含有大量固體微粒的高濃度混懸劑如50%淀粉混懸劑、糊劑等。脹性流體的結(jié)構(gòu)變化示意圖脹性流動的特點(diǎn)：沒屈伏值；過原點(diǎn)；（四）觸變流動(thixotropicflow)

當(dāng)對普魯卡因、青霉素注射液或某種軟膏劑進(jìn)行攪拌時(shí)，由于其粘度下降，故流體易于流動。但是，放置一段時(shí)間以后，又恢復(fù)原來的粘性。象這種隨著切變應(yīng)力的下降，其粘度下降的物質(zhì)，即在等溫條件下緩慢地恢復(fù)到原來狀態(tài)的現(xiàn)象稱為觸變性（thixlotropy）。（e）觸變流動

（四）觸變流動(thixotropicflow)（e）觸變產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加切應(yīng)力后，破壞了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)切應(yīng)力減小時(shí)，液體又重新恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)，恢復(fù)過程所需時(shí)間較長，因而上行線和下行線就不重合。觸變流動的特點(diǎn)：等溫的溶膠和凝膠的可逆轉(zhuǎn)換。塑性流體、假塑性流體、脹性流體中多數(shù)具有觸變性，它們分別稱為觸變性塑性液體、觸變性假塑性液體、觸變性脹性液體。產(chǎn)生觸變的原因：對流體施加切應(yīng)力后，破壞了液體內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

其流動曲線的特性表現(xiàn)為剪切應(yīng)力的下降曲線，并與上升曲線相比向左遷移。在圖上表現(xiàn)為環(huán)狀滯后曲線。也就是說，用同一個(gè)S值進(jìn)行比較，曲線下降時(shí)粘度低，上升時(shí)被破壞的結(jié)構(gòu)并不因?yàn)閼?yīng)力的減少而立即恢復(fù)原狀，而是存在一種時(shí)間差。即所謂的觸變性是施加應(yīng)力使其流體