§3.5 線性粘彈性測量.ppt

1、3.5 線性粘彈性測量,有兩類不同的方法可用于確定線性粘彈性流變行為靜態(tài)方法和動態(tài)方法，它們都是測定在特定應(yīng)力或應(yīng)變條件下的流變響應(yīng)曲線。靜態(tài)實驗為在階躍應(yīng)力或應(yīng)變作用下，觀察應(yīng)力或應(yīng)變隨時間的發(fā)展。動態(tài)實驗則采用諧變的應(yīng)力或應(yīng)變，來觀察相應(yīng)的應(yīng)變或應(yīng)力的響應(yīng)。要注意的是這兩類方法都必須保證在線性范圍內(nèi)進行測定。否則，實驗結(jié)果不僅取決于材料性質(zhì)，也取決于實驗條件。對線性程度的判斷是看所計算的粘彈性函數(shù)是否與施加的應(yīng)力和應(yīng)變量無關(guān)。,一、 靜態(tài)實驗,（一）蠕變/恢復(fù)(creep/recovery)實驗,1、實驗特點 曲線由以下三個部分組成： 粘性流動（曲線1） 瞬態(tài)彈性應(yīng)變（曲線2） 延遲彈性應(yīng)

2、變（曲線3） 真正的實測蠕變曲線由曲線1，2，3疊加而成。這種分析處理的前提是物料必須是線性粘彈性的（其服從疊加原理）。,如果在t1時刻卸去載荷，那么材料的瞬態(tài)彈性應(yīng)變將立即恢復(fù)，相應(yīng)地BC等于OA；延遲彈性應(yīng)變隨時間將逐漸恢復(fù)徹底，但粘性流動變形將是不可恢復(fù)的?；謴?fù)曲線BCD因而是曲線2和3疊加后的鏡像。延遲彈性應(yīng)變分量的恢復(fù)曲線為曲線3，它是曲線3的鏡像。,2、蠕變恢復(fù)實驗的應(yīng)用 蠕變曲線的斜直線部分，反映出低應(yīng)力下物料的純粘性流動，可求出相應(yīng)的剪切速率，,（對應(yīng)第一牛頓區(qū)）,那么零剪切粘度為：,如果 曲線在creep階段達到與時間軸平行的 水平，而在recovery階段，兩種曲線均可恢復(fù)

3、至零，則表明被 實驗物料具有一定的屈服值，可用于確定屈服值。,creep/recovery實驗可為材料的質(zhì)量控制、過程控制等生 產(chǎn)實踐提供重要的信息資料。 外延柔量蠕變曲線的直線段部分，其于J軸交于Js(0)，如 果Js(0)等于recovery phase的總的彈性恢復(fù)，則說明實驗處于 材料的線性彈粘性范圍，否則說明超出了線性粘彈性范圍， 而不符合測量前提條件。 可評價油漆、油墨等的“下落”沉降性能。,二、 動態(tài)實驗,（一）小振幅振蕩剪切流動分析 假定一任意物料受一諧變剪切應(yīng)力的作用： 式中， 為剪切應(yīng)力的幅值， 為振蕩角頻率，rad/s（ 為振蕩頻率）。,可見，對牛頓流體，其應(yīng)變比應(yīng)力滯后

4、 的相位。但其剪切速率與剪切應(yīng)力同相位。,3、粘彈性流體（或粘彈性固體） 由于粘彈性體的性質(zhì)介于牛頓流體和胡克固體之間，其應(yīng)變將滯后應(yīng)力一個相位，因此，,（二）動態(tài)實驗測粘彈性的特點 振蕩實驗的一般優(yōu)點是一臺單獨儀器可以包括非常寬的頻率范圍，若材料具有寬譜松弛時間，這個優(yōu)點就較突出了。典型的頻率范圍是10-3103s-1，因此，可以包括10-3103s的時間譜。 振蕩方法可以測得粘彈性物質(zhì)的不同參數(shù)，如 ：,等等，及其與頻率、應(yīng)力（幅值）、應(yīng)變（幅值）的關(guān)系。RS75、RS100、RS150等流變儀，均有振蕩應(yīng)力或振蕩應(yīng)變的功能。（OSC模式） 動態(tài)實驗中被測物料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在實驗過程中不被破壞，在流變學(xué)上被認為是處于靜態(tài)結(jié)構(gòu)。,為了使實驗過程中選擇的應(yīng)力（或應(yīng)變）不至于太大，而超過物質(zhì)的線性粘彈性范圍，常用如下簡單實驗確定物料在實驗條件下的彈性范圍。即固定振蕩頻率為1HZ，測定復(fù)模量 隨振蕩應(yīng)力（幅值）的變化關(guān)系曲線。如圖，在線性粘彈性范圍內(nèi)， 為定值。而在非線性范圍，較大的應(yīng)力破壞了物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，物質(zhì)因此往往具有剪切稀釋性，大部分能量作為粘性消耗掉，并以熱量形勢損失掉，從而使,下降。,對非牛頓原油流變性研究來說，動態(tài)方法可以用來研究經(jīng)剪切破壞的觸變性。含蠟原油在靜態(tài)條件下的