第八章膠體流變學(xué)

1、12 流變學(xué)流變學(xué)是研究物質(zhì)在外力作用下流動與形變的科學(xué)，所是研究物質(zhì)在外力作用下流動與形變的科學(xué)，所以涉及范圍很廣，大至土木建筑、冰川的移動，小到細(xì)胞和以涉及范圍很廣，大至土木建筑、冰川的移動，小到細(xì)胞和微生物的蠕動。在膠體化學(xué)范圍內(nèi)的流變學(xué)，首先要明確有微生物的蠕動。在膠體化學(xué)范圍內(nèi)的流變學(xué)，首先要明確有關(guān)膠體體系各種力學(xué)性質(zhì)的名詞概念，這些力學(xué)性質(zhì)反映了關(guān)膠體體系各種力學(xué)性質(zhì)的名詞概念，這些力學(xué)性質(zhì)反映了膠體的內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu)。如果單從流變性質(zhì)來揭示膠體內(nèi)部結(jié)膠體的內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu)。如果單從流變性質(zhì)來揭示膠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這是不可能的，因為膠體體系的流變性質(zhì)不僅是單個粒構(gòu)，這是不可能的，因為膠體體系

2、的流變性質(zhì)不僅是單個粒子性質(zhì)的反映，而且也是粒子與粒子之間以及粒子與溶劑之子性質(zhì)的反映，而且也是粒子與粒子之間以及粒子與溶劑之間相互作用的結(jié)果。間相互作用的結(jié)果。 流變學(xué)涉及的問題十分復(fù)雜，當(dāng)前流變學(xué)的研究只停留流變學(xué)涉及的問題十分復(fù)雜，當(dāng)前流變學(xué)的研究只停留在定性說明階段。然而在工業(yè)上卻有著十分重要地位，例如，在定性說明階段。然而在工業(yè)上卻有著十分重要地位，例如，鉆井泥漿、油漆、橡膠、塑料、紡織、食品等工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)鉆井泥漿、油漆、橡膠、塑料、紡織、食品等工業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，或工藝流程的設(shè)置，往往取決于它的流變性質(zhì)。本章只量，或工藝流程的設(shè)置，往往取決于它的流變性質(zhì)。本章只討論流變學(xué)的一些最基本的

3、概念和現(xiàn)象討論流變學(xué)的一些最基本的概念和現(xiàn)象, ,研究對象也僅限于固研究對象也僅限于固體分散在液體中的溶膠或懸浮體。體分散在液體中的溶膠或懸浮體。 38.1 黏度及流型 黏黏度是液體流動時所表現(xiàn)出來的內(nèi)摩擦。為定量地表示某種液體的度是液體流動時所表現(xiàn)出來的內(nèi)摩擦。為定量地表示某種液體的粘度的定義，作如下假設(shè)：若在兩平行板間盛以一種液體，一塊是靜止粘度的定義，作如下假設(shè)：若在兩平行板間盛以一種液體，一塊是靜止的，另一塊板以速度的，另一塊板以速度v v向向x x方向作勻速運動，如果將液體沿方向作勻速運動，如果將液體沿y y方向分成許多方向分成許多薄層，那么各液層向薄層，那么各液層向x x方向的流動

4、速率隨方向的流動速率隨y y方向變化，如圖方向變化，如圖1 1所示，用長短所示，用長短不同帶有箭頭、相互平行的線段表示各層流體的速率，這樣的示意線段不同帶有箭頭、相互平行的線段表示各層流體的速率，這樣的示意線段稱為流線，液體的這種形變稱為切變。稱為流線，液體的這種形變稱為切變。 圖圖1 1 兩平面間的兩平面間的黏黏性流動性流動 若用速率梯度若用速率梯度d ddydy來表示切變，這來表示切變，這種切變也稱為切速率，簡稱切速。它表示種切變也稱為切速率，簡稱切速。它表示每層液體的流速每層液體的流速v v與距離與距離y y有關(guān)。為了維持有關(guān)。為了維持某一切速率，則要對上面平行板施加一恒某一切速率，則要

5、對上面平行板施加一恒定的力定的力 F F，此力稱為切力。若板的面積是，此力稱為切力。若板的面積是A A，則切力與切速率應(yīng)服從以下公式：則切力與切速率應(yīng)服從以下公式：（1）4 令令D D表示切速率，表示切速率，表示單位面積上的切力，則表示單位面積上的切力，則式中，式中，為切力與切速率之間的比例系數(shù)，稱為該液體的粘為切力與切速率之間的比例系數(shù)，稱為該液體的粘度。凡是服從這種簡單比例關(guān)系的液體均稱為度。凡是服從這種簡單比例關(guān)系的液體均稱為牛頓液體牛頓液體，這，這種粘度稱為種粘度稱為牛頓粘度牛頓粘度。 對于大多數(shù)純液體，或者低分子的稀溶液，在一定溫度對于大多數(shù)純液體，或者低分子的稀溶液，在一定溫度下下

6、，是一個定值，它不因是一個定值，它不因單位面積上的切力單位面積上的切力或或切速率切速率的不的不同而異，所以切力與切速率的比例不變，它只與溫度有關(guān)，同而異，所以切力與切速率的比例不變，它只與溫度有關(guān)，這是牛頓液體的特點。這是牛頓液體的特點。 在上述體系中，處于穩(wěn)定狀態(tài)的流動稱為層流，在同一在上述體系中，處于穩(wěn)定狀態(tài)的流動稱為層流，在同一層上各點的流速相同，不隨時間而變。當(dāng)流速超過某一限度層上各點的流速相同，不隨時間而變。當(dāng)流速超過某一限度時，層流就變?yōu)橥牧?，這時的流體流動就不再符合式時，層流就變?yōu)橥牧?，這時的流體流動就不再符合式(1)(1)。因為湍流產(chǎn)生后就有不規(guī)則的或隨時間而變化的漩渦產(chǎn)生，因

7、為湍流產(chǎn)生后就有不規(guī)則的或隨時間而變化的漩渦產(chǎn)生，需要消耗更多的能量。因此式需要消耗更多的能量。因此式(1)(1)只有在層流狀態(tài)下切速率只有在層流狀態(tài)下切速率才有意義。才有意義。 5粘度的測定 測定體系的粘度是研究流變學(xué)的最基本的方法。測定方法有多種，測定體系的粘度是研究流變學(xué)的最基本的方法。測定方法有多種，如落球法、振動法、毛細(xì)管流動法和轉(zhuǎn)筒法等。我們往往通過體系的特如落球法、振動法、毛細(xì)管流動法和轉(zhuǎn)筒法等。我們往往通過體系的特點和實驗的要求來決定實驗方法。這里介紹兩種常用的基本方法。點和實驗的要求來決定實驗方法。這里介紹兩種常用的基本方法。1 1毛細(xì)管粘度計毛細(xì)管粘度計液體的管式流動液體的

8、管式流動 毛細(xì)管粘度計是測定液體粘度的最常用方法之一。其基本原理是在毛細(xì)管粘度計是測定液體粘度的最常用方法之一。其基本原理是在一定壓力下，液體流過一定長度和半徑的毛細(xì)管，測定它的流速，就能一定壓力下，液體流過一定長度和半徑的毛細(xì)管，測定它的流速，就能計算得液體的粘度。為分析其流動情況，設(shè)毛細(xì)管半徑為計算得液體的粘度。為分析其流動情況，設(shè)毛細(xì)管半徑為R R，長度為，長度為l l，其兩端壓力差為其兩端壓力差為p p，驅(qū)使流體流動的力則應(yīng)為，驅(qū)使流體流動的力則應(yīng)為RR2 2 p p。假如液體可以潤濕。假如液體可以潤濕管壁，管壁與液體間沒有滑動，即管壁，管壁與液體間沒有滑動，即(R)=0(R)=0；在

9、毛細(xì)管中心；在毛細(xì)管中心流動最快，流動最快，所以在管中呈同心圓筒層流，見圖所以在管中呈同心圓筒層流，見圖2 2。圖26上式為上式為PoiseullePoiseulle公式，若已知毛細(xì)管的半徑公式，若已知毛細(xì)管的半徑R R和長度和長度l l，根據(jù)液體在時，根據(jù)液體在時間間t t內(nèi)流出體積內(nèi)流出體積Q Q就可以計算出液體的粘度。式就可以計算出液體的粘度。式( (3 3) )的使用條件是：的使用條件是： (1)(1)液體必須是粘性層流，而沒有湍流，所以要控制流速，使雷諾數(shù)液體必須是粘性層流，而沒有湍流，所以要控制流速，使雷諾數(shù)小于小于10001000。 (2)(2)液體在管壁上沒有滑動，潤濕性差的液

10、體可能有滑動，所以不能液體在管壁上沒有滑動，潤濕性差的液體可能有滑動，所以不能測定潤濕性差的液體，應(yīng)用范圍受到一定限制。測定潤濕性差的液體，應(yīng)用范圍受到一定限制。 ( (3 3) )若在時間若在時間t t內(nèi)流出的液體體積為內(nèi)流出的液體體積為Q Q，則，則(2)(2)在毛細(xì)管中各層流體的流速為在毛細(xì)管中各層流體的流速為 如果是以均速流動，任何一液層的粘性阻力如果是以均速流動，任何一液層的粘性阻力( (即內(nèi)摩擦力即內(nèi)摩擦力) )應(yīng)為應(yīng)為2r 2r ldlddrdr，則管中流動應(yīng)服從下式：，則管中流動應(yīng)服從下式： 7 (3)(3)在毛細(xì)管出在毛細(xì)管出入入口處兩端的管徑大小、液體的流速分布與管子中部口

11、處兩端的管徑大小、液體的流速分布與管子中部并不相同，這就要影響液體的流速，需要進(jìn)行相應(yīng)的改正，這種改正叫并不相同，這就要影響液體的流速，需要進(jìn)行相應(yīng)的改正，這種改正叫末端校正末端校正。一般用。一般用l(1+nRl(1+nRl)l)來代替式來代替式( (3 3) )中的中的l l。n n為儀器常數(shù)，由實為儀器常數(shù)，由實驗決定，如果驗決定，如果R Rl l1 1時，末端校正可以忽略不計，所以實驗室里的毛細(xì)時，末端校正可以忽略不計，所以實驗室里的毛細(xì)管粘度計是又細(xì)又長。管粘度計是又細(xì)又長。使流體流動的壓力差應(yīng)當(dāng)全部用于克服液體層間摩擦。實際上液體在流使流體流動的壓力差應(yīng)當(dāng)全部用于克服液體層間摩擦。實

12、際上液體在流動時還需要得到動能，這部分動能的消耗也需要改正，通常叫動時還需要得到動能，這部分動能的消耗也需要改正，通常叫動能校正動能校正 動能校正動能校正是毛細(xì)管粘度計的主要修正項，尤其是在流速較大的情況是毛細(xì)管粘度計的主要修正項，尤其是在流速較大的情況下，必須予以考慮。每秒鐘流出液體所得動能為下，必須予以考慮。每秒鐘流出液體所得動能為 式中，式中，為液體密度，將式為液體密度，將式( (2 2) )中的中的代入得：代入得：令令m m是液體在管中等效平均流速，則是液體在管中等效平均流速，則8令令p p為消耗在液體動能的壓力差，則為消耗在液體動能的壓力差，則2mEp R 2mp 或或式中，式中，m

13、 m是動能系數(shù)，隨毛細(xì)管兩端處液體流動情況而異，但可由實驗確是動能系數(shù)，隨毛細(xì)管兩端處液體流動情況而異，但可由實驗確定，定，m m的數(shù)值約為的數(shù)值約為1.21.2。 在實驗室中最常見的毛細(xì)管粘度計有在實驗室中最常見的毛細(xì)管粘度計有OstwaldOstwald型和型和UbbelohdeUbbelohde型兩種，其構(gòu)造如右圖型兩種，其構(gòu)造如右圖 (a) (a)和和(b)(b)所所示。要用毛細(xì)管粘度計來直接測定液體粘度的絕對示。要用毛細(xì)管粘度計來直接測定液體粘度的絕對值是有困難的，通常都是用已知其粘度的液體求出值是有困難的，通常都是用已知其粘度的液體求出粘度計的儀器常數(shù)后，再用它來測定未知液體的粘粘

14、度計的儀器常數(shù)后，再用它來測定未知液體的粘度。其測定方法是：如右圖，液體自度。其測定方法是：如右圖，液體自A A管加管加入入，從，從B B管將液體吸到口線以上，然后任其流下，并記錄液管將液體吸到口線以上，然后任其流下，并記錄液面流經(jīng)面流經(jīng)a a到到b b線的時間，這時驅(qū)使液體流動的壓力是線的時間，這時驅(qū)使液體流動的壓力是液柱的壓力，但液柱高度是在液柱的壓力，但液柱高度是在h ha a和和h hb b 之間逐漸改變之間逐漸改變的，因此應(yīng)取一個等效平均液柱高度的，因此應(yīng)取一個等效平均液柱高度h hm m ，則式，則式( (3 3) )變?yōu)樽優(yōu)? (4 4) )9式中，式中，Q Q為經(jīng)為經(jīng)a a到到

15、b b刻度間流過的體積，它與刻度間流過的體積，它與h hm m、R R、l l 等都由儀器所確定，等都由儀器所確定，與式中有關(guān)常數(shù)合并為儀器常數(shù)與式中有關(guān)常數(shù)合并為儀器常數(shù)k k則上式變?yōu)閯t上式變?yōu)?為了確定儀器常數(shù)為了確定儀器常數(shù)k k，可用已知粘度和密度的標(biāo)準(zhǔn)液體，測定流過，可用已知粘度和密度的標(biāo)準(zhǔn)液體，測定流過a a、b b線的時間線的時間t t，就可求得，就可求得k k值。值。 如需要進(jìn)行動能校正，由式如需要進(jìn)行動能校正，由式( (4 4) )和式和式( (5 5) )得得( (5 5) )式中，式中，A A和和B B也是儀器常數(shù)，其數(shù)值可以用下述三個方法之一確定。也是儀器常數(shù)，其數(shù)值

16、可以用下述三個方法之一確定。 (1)(1)用一種其粘度已精密測定了的標(biāo)準(zhǔn)液體，在兩個或兩個以上不用一種其粘度已精密測定了的標(biāo)準(zhǔn)液體，在兩個或兩個以上不同溫度下測定其流出時間。同溫度下測定其流出時間。 (2)(2)用兩種或兩種以上的具有不同粘度的標(biāo)準(zhǔn)液體，在同一溫度下用兩種或兩種以上的具有不同粘度的標(biāo)準(zhǔn)液體，在同一溫度下測定其流出時間。測定其流出時間。 (3)(3)用同一種標(biāo)準(zhǔn)液體，在一個溫度下，在用同一種標(biāo)準(zhǔn)液體，在一個溫度下，在B B管處施加不同外壓力時管處施加不同外壓力時測定其流出時間。測定其流出時間。10 轉(zhuǎn)筒式粘度計適用范圍很廣，特別適用于粗分散體系。它的構(gòu)造示意轉(zhuǎn)筒式粘度計適用范圍很

17、廣，特別適用于粗分散體系。它的構(gòu)造示意如下圖所示，由兩個同心筒構(gòu)成，故全稱應(yīng)為同心筒轉(zhuǎn)筒式粘度計。如下圖所示，由兩個同心筒構(gòu)成，故全稱應(yīng)為同心筒轉(zhuǎn)筒式粘度計。2 2轉(zhuǎn)筒式粘度計轉(zhuǎn)筒式粘度計環(huán)形流動環(huán)形流動 在兩筒之間裝入液體，外筒與內(nèi)筒的半徑分別為在兩筒之間裝入液體，外筒與內(nèi)筒的半徑分別為R Rb b和和R Ra a，液體浸沒，液體浸沒內(nèi)筒的高度是內(nèi)筒的高度是L L，讓外筒恒速旋轉(zhuǎn)，其角速度為，讓外筒恒速旋轉(zhuǎn)，其角速度為，因液體有粘度，內(nèi)筒，因液體有粘度，內(nèi)筒也向相同方向旋轉(zhuǎn)，但有扭絲可將其扭回。當(dāng)兩力相等時內(nèi)筒就不再轉(zhuǎn)也向相同方向旋轉(zhuǎn)，但有扭絲可將其扭回。當(dāng)兩力相等時內(nèi)筒就不再轉(zhuǎn)動，所以達(dá)到

18、平衡時，扭絲的偏轉(zhuǎn)角度動，所以達(dá)到平衡時，扭絲的偏轉(zhuǎn)角度將取決于液體的粘度，設(shè)在半將取決于液體的粘度，設(shè)在半徑為徑為r r處的單位面積上的切力為處的單位面積上的切力為(r)(r)，則，則11上式是轉(zhuǎn)筒式粘度計的基本公式，稱為上式是轉(zhuǎn)筒式粘度計的基本公式，稱為MargulusMargulus公式，與毛細(xì)管粘度計公式，與毛細(xì)管粘度計的的PoiseuillePoiseuille公式相似，公式相似，只適用于牛頓型液體。只適用于牛頓型液體。 式中，式中，T T為實驗測得的轉(zhuǎn)矩。在液層中半徑為為實驗測得的轉(zhuǎn)矩。在液層中半徑為r r處的角速度為處的角速度為，所以切，所以切速率為速率為D(D(即速率梯度即速率

19、梯度) )，于是，于是這里，液體完全潤濕筒壁，無滑動現(xiàn)象，則有以下邊界條件：這里，液體完全潤濕筒壁，無滑動現(xiàn)象，則有以下邊界條件：當(dāng)當(dāng)r=Rr=Rb b時，則時，則( (6 6) )式中，式中，為切線速率，若所測液體為牛頓液體，在層流條件下：為切線速率，若所測液體為牛頓液體，在層流條件下：12式中，式中，L L* *代表末端效應(yīng)的校正項，與兩筒底面積及間隙距離有關(guān)。通過代表末端效應(yīng)的校正項，與兩筒底面積及間隙距離有關(guān)。通過改進(jìn)儀器的構(gòu)造可以消除或減少末端效應(yīng)。例如，可以使內(nèi)筒側(cè)面積遠(yuǎn)改進(jìn)儀器的構(gòu)造可以消除或減少末端效應(yīng)。例如，可以使內(nèi)筒側(cè)面積遠(yuǎn)大于底部面積等等。大于底部面積等等。 通常用已知粘

20、度的標(biāo)準(zhǔn)液體求出儀器常數(shù)通常用已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液體求出儀器常數(shù)K K，然后再用此粘度計來測，然后再用此粘度計來測定未知粘度的液體。定未知粘度的液體。 以上討論的公式也應(yīng)滿足這些條件：以上討論的公式也應(yīng)滿足這些條件：(1)(1)圓筒流體為層流；圓筒流體為層流；(2)(2)流體流體為牛頓型；為牛頓型；(3)(3)在圓筒表面無滑動；在圓筒表面無滑動；(4)(4)兩個圓筒是無限長的兩個圓筒是無限長的。將上式整理后得將上式整理后得式中，式中，K K是儀器常數(shù)，是儀器常數(shù)，T T可用扭絲偏轉(zhuǎn)角度可用扭絲偏轉(zhuǎn)角度來代替，若用來代替，若用與與的關(guān)系來的關(guān)系來表示，則表示，則 這里假設(shè)液體只對內(nèi)筒的側(cè)面施以力矩，

21、事實上是不可能的，兩筒這里假設(shè)液體只對內(nèi)筒的側(cè)面施以力矩，事實上是不可能的，兩筒都有底面積，所以內(nèi)筒所受的力應(yīng)包括底部面上所起的作用力。因此必都有底面積，所以內(nèi)筒所受的力應(yīng)包括底部面上所起的作用力。因此必須考慮須考慮末端效應(yīng)末端效應(yīng)。在用已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液體校正時，末端效應(yīng)已被包括。在用已知粘度的標(biāo)準(zhǔn)液體校正時，末端效應(yīng)已被包括在儀器常數(shù)內(nèi)，則在儀器常數(shù)內(nèi)，則( (7 7) )13 以上只介紹了轉(zhuǎn)筒式粘度計的基本原理，在實際應(yīng)用時，儀器的樣式以上只介紹了轉(zhuǎn)筒式粘度計的基本原理，在實際應(yīng)用時，儀器的樣式是多種多樣的。例如，可以使內(nèi)筒轉(zhuǎn)動，并測定它的力矩，也可以外加力是多種多樣的。例如，可以使內(nèi)筒轉(zhuǎn)

22、動，并測定它的力矩，也可以外加力矩使其轉(zhuǎn)動，然后測定內(nèi)筒的轉(zhuǎn)速等。轉(zhuǎn)筒式粘度計雖然構(gòu)造復(fù)雜，但其矩使其轉(zhuǎn)動，然后測定內(nèi)筒的轉(zhuǎn)速等。轉(zhuǎn)筒式粘度計雖然構(gòu)造復(fù)雜，但其優(yōu)點是可以測定不同速率梯度下的粘度，故適用于非牛頓型的流體。優(yōu)點是可以測定不同速率梯度下的粘度，故適用于非牛頓型的流體。 與轉(zhuǎn)筒式粘度計相似的還有錐板型粘度計，儀器的構(gòu)造示意圖如與轉(zhuǎn)筒式粘度計相似的還有錐板型粘度計，儀器的構(gòu)造示意圖如下圖下圖它是由一平板和一圓錐體組成，錐頂它是由一平板和一圓錐體組成，錐頂角接近于角接近于180180。實驗時平板固定，。實驗時平板固定，讓圓錐體轉(zhuǎn)動，其頂點剛好與平板表讓圓錐體轉(zhuǎn)動，其頂點剛好與平板表面接觸

23、。在間隙中裝滿待測液面接觸。在間隙中裝滿待測液體。由于角度體。由于角度極小，約為極小，約為2 2 0.5 0.5 ，間隙的平均距離也極小，間隙的平均距離也極小，所以在，所以在不同半徑不同半徑r r處的切速率具有相同數(shù)值處的切速率具有相同數(shù)值而且末端效應(yīng)也可以忽略不計，對非牛頓體系而言這種儀器十分理想。而且末端效應(yīng)也可以忽略不計，對非牛頓體系而言這種儀器十分理想。通過錐體的速率變化可以直接求得流變曲線。在半徑通過錐體的速率變化可以直接求得流變曲線。在半徑r r處的切線速率處的切線速率(r)=r(r)=r。而這一點上的間隙寬度為。而這一點上的間隙寬度為r tanr tan。故在。故在r r處的切速

24、率為處的切速率為錐板型粘度計結(jié)構(gòu)示意圖14這樣實際上切速率與這樣實際上切速率與r r無關(guān)，又因為無關(guān)，又因為很小，很小，tantan，則，則切速率是切力的函數(shù)，切速率是切力的函數(shù)，D(r)=f(r)D(r)=f(r)，所以在不同半徑處的切力也相等，則，所以在不同半徑處的切力也相等，則轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T T為為或或以以 對對 3T3T(2R(2R3 3) ) 作圖就能直接畫出流變曲線。作圖就能直接畫出流變曲線。式中，式中，R R為旋轉(zhuǎn)錐的半徑。在某切速率下的粘度應(yīng)為為旋轉(zhuǎn)錐的半徑。在某切速率下的粘度應(yīng)為332TR15流 型 以上討論的都是純液體、低分子的稀溶液，或者分散體系的分散相以上討論的都是純液體、

25、低分子的稀溶液，或者分散體系的分散相含量很少的情況下的粘度。這些體系都屬于牛頓型流體，牛頓體系的一含量很少的情況下的粘度。這些體系都屬于牛頓型流體，牛頓體系的一個重要特點是體系的粘度與外加切力無關(guān)。但實際使用的大多數(shù)是濃的個重要特點是體系的粘度與外加切力無關(guān)。但實際使用的大多數(shù)是濃的體系，比簡單的牛頓體系復(fù)雜得多。體系，比簡單的牛頓體系復(fù)雜得多。 在流變學(xué)中常以切速率在流變學(xué)中常以切速率D D為縱坐標(biāo)，切力為縱坐標(biāo)，切力為橫坐標(biāo)作圖，在圖中得為橫坐標(biāo)作圖，在圖中得到的曲線稱為到的曲線稱為流變曲線流變曲線。不同體系有不同的流變曲線，從曲線形狀又可。不同體系有不同的流變曲線，從曲線形狀又可分為若干

26、流型。牛頓型流體的粘度不隨外界切力而變，是個常數(shù)，切力分為若干流型。牛頓型流體的粘度不隨外界切力而變，是個常數(shù)，切力與切速率成正比，流變曲線是直線，并且通過原點，即在任意小的外力與切速率成正比，流變曲線是直線，并且通過原點，即在任意小的外力作用下液體就能流動，用粘度這一數(shù)值就能表征牛頓體系的特性。作用下液體就能流動，用粘度這一數(shù)值就能表征牛頓體系的特性。 有些體系的粘度隨切速率的有些體系的粘度隨切速率的增加而減少，這種現(xiàn)象稱之為增加而減少，這種現(xiàn)象稱之為切切稀稀(shear thining)(shear thining)作用作用。還有些。還有些體系是粘度隨外切力體系是粘度隨外切力( (或切速率

27、或切速率) )的增加而增加，這種現(xiàn)象稱之為的增加而增加，這種現(xiàn)象稱之為切稠切稠(shear thickening)(shear thickening)作用。作用。流變曲線共有四種流型，如右圖流變曲線共有四種流型，如右圖所示。所示。a-牛頓型 b-塑性型C-假塑性型 d-脹性型16曲線上任何一點的粘度是這一點上切力與切速率之比，也就曲線上任何一點的粘度是這一點上切力與切速率之比，也就是曲線上任意點的余切。我們稱這種粘度為是曲線上任意點的余切。我們稱這種粘度為視粘度視粘度。 塑性體系和假塑性體系具有切稀作用，其原因是這種體塑性體系和假塑性體系具有切稀作用，其原因是這種體系中分散相粒子以聚集態(tài)存在，

28、當(dāng)切速率增加后，使聚集體系中分散相粒子以聚集態(tài)存在，當(dāng)切速率增加后，使聚集體破裂，其結(jié)果是自由移動的粒子增加，固定溶劑量減少，因破裂，其結(jié)果是自由移動的粒子增加，固定溶劑量減少，因此體系的視粘度降低。屬于假塑性體系的有高分子溶液、淀此體系的視粘度降低。屬于假塑性體系的有高分子溶液、淀粉溶液、乳狀液等。塑性體系的切力必須超過某一數(shù)值以后粉溶液、乳狀液等。塑性體系的切力必須超過某一數(shù)值以后才會發(fā)生切稀作用，屬于塑性體系的有油漆、牙膏、泥漿等。才會發(fā)生切稀作用，屬于塑性體系的有油漆、牙膏、泥漿等。能使體系開始流動的那一點切力稱為能使體系開始流動的那一點切力稱為“屈服值屈服值”(yield (yiel

29、d value)value)。 脹性體系具有切稠作用，這種體系并不罕見，例如揉面脹性體系具有切稠作用，這種體系并不罕見，例如揉面就有這樣的經(jīng)驗，剛?cè)鄷r面團(tuán)很軟，但越揉越硬，若將已經(jīng)就有這樣的經(jīng)驗，剛?cè)鄷r面團(tuán)很軟，但越揉越硬，若將已經(jīng)揉硬了的面團(tuán)靜置一段時間，再揉就沒有以前結(jié)實了，但是揉硬了的面團(tuán)靜置一段時間，再揉就沒有以前結(jié)實了，但是再揉幾下又硬了。這個過程可以任意重復(fù)，許多色料在水中再揉幾下又硬了。這個過程可以任意重復(fù)，許多色料在水中或有機(jī)溶劑中都有這種現(xiàn)象?；蛴袡C(jī)溶劑中都有這種現(xiàn)象。178.2 塑性體系、假塑性體系、脹性體系、觸變性塑性體系、假塑性體系、脹性體系、觸變性體系體系 8.2.1

30、 8.2.1 塑性體系塑性體系 若一個物體所受的切力超過某一個限度，其形若一個物體所受的切力超過某一個限度，其形狀的改變是永久的，則該物體便是可塑的，像制陶狀的改變是永久的，則該物體便是可塑的，像制陶粘土及金屬等均有此種性質(zhì)。通常認(rèn)為分散體系的粘土及金屬等均有此種性質(zhì)。通常認(rèn)為分散體系的可塑性質(zhì)，是由不對稱性粒子的網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)引起的，可塑性質(zhì)，是由不對稱性粒子的網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)引起的，要使體系流動，必須破壞網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)。所以切力要要使體系流動，必須破壞網(wǎng)狀形結(jié)構(gòu)。所以切力要超過屈服值以后，體系才開始流動，隨著切力的增超過屈服值以后，體系才開始流動，隨著切力的增加，結(jié)構(gòu)不斷破壞，表現(xiàn)出來的視粘度也隨著下降

31、。加，結(jié)構(gòu)不斷破壞，表現(xiàn)出來的視粘度也隨著下降。所以通常認(rèn)為只有懸浮體粒子濃度達(dá)到彼此可以相所以通常認(rèn)為只有懸浮體粒子濃度達(dá)到彼此可以相互接觸時，才會有塑性現(xiàn)象。互接觸時，才會有塑性現(xiàn)象。18屈服值有三個：屈服值有三個：f f L L靜切力：體系開始流動的切靜切力：體系開始流動的切力力f f B B動切力（動切力（BinghamBingham值）：直線值）：直線部分延長到部分延長到 軸上軸上f f M M體系開始層流時的切力體系開始層流時的切力三個數(shù)值具有相應(yīng)的物理意義，在實際生產(chǎn)實三個數(shù)值具有相應(yīng)的物理意義，在實際生產(chǎn)實踐中各起著一定指導(dǎo)作用。踐中各起著一定指導(dǎo)作用。f fL L不易測準(zhǔn)，不

32、易測準(zhǔn)，它和儀器的精密度及實驗時間它和儀器的精密度及實驗時間長短都有關(guān)系長短都有關(guān)系。f fB B主要用于塑性流動公式主要用于塑性流動公式f fM M的物理意義比較明確，的物理意義比較明確，可以看作粒子間的可以看作粒子間的結(jié)構(gòu)完全拆散，完全以單個粒子結(jié)構(gòu)完全拆散，完全以單個粒子( (或結(jié)構(gòu)單元或結(jié)構(gòu)單元) )出現(xiàn)在流動體系中。出現(xiàn)在流動體系中。19塑性流動公式塑性流動公式由流動形態(tài)來討論這三種切力比較容易理解。由流變曲線來由流動形態(tài)來討論這三種切力比較容易理解。由流變曲線來看，切力超過看，切力超過f fL L時體系并非全部發(fā)生變形，而是在容器邊緣時體系并非全部發(fā)生變形，而是在容器邊緣地區(qū)發(fā)生變

33、形，產(chǎn)生滑動。中間未發(fā)生變化的部分，仍按原地區(qū)發(fā)生變形，產(chǎn)生滑動。中間未發(fā)生變化的部分，仍按原來結(jié)構(gòu)形式一起向前移動，這叫作塞流來結(jié)構(gòu)形式一起向前移動，這叫作塞流(plug f1ow)(plug f1ow)。隨著。隨著切力的增加，塞流部分逐漸減少。到切力的增加，塞流部分逐漸減少。到f fM M以后流動形式與牛頓以后流動形式與牛頓型流體的流動一樣，因此從牛頓公式可得塑性體的粘度公式：型流體的流動一樣，因此從牛頓公式可得塑性體的粘度公式：Df塑B 塑塑塑性粘度，其值為圖中直線部分斜率的倒數(shù)塑性粘度，其值為圖中直線部分斜率的倒數(shù)f fB B、 塑塑與粒子濃度、粒子大小、形狀等因素有關(guān)。與粒子濃度、粒

34、子大小、形狀等因素有關(guān)。事實上，塑性流動是與分散相中粒子的相互接觸有關(guān)，在一定的切力事實上，塑性流動是與分散相中粒子的相互接觸有關(guān)，在一定的切力作用下，粒子間的拆散與重新結(jié)合兩者速率處于某種平衡狀態(tài)，此時作用下，粒子間的拆散與重新結(jié)合兩者速率處于某種平衡狀態(tài)，此時呈穩(wěn)定的流動。當(dāng)切力增加以后，又達(dá)到另一平衡點。當(dāng)切力超過某呈穩(wěn)定的流動。當(dāng)切力增加以后，又達(dá)到另一平衡點。當(dāng)切力超過某一數(shù)值以后，其拆散速率大于結(jié)合速率，一數(shù)值以后，其拆散速率大于結(jié)合速率，D D與與即呈直線關(guān)系。當(dāng)切即呈直線關(guān)系。當(dāng)切力移去以后，粒子間又重新結(jié)合，又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。力移去以后，粒子間又重新結(jié)合，又恢復(fù)到原來的狀態(tài)

35、。20 固體粒子濃度很大的體系叫漿狀體固體粒子濃度很大的體系叫漿狀體(paste)(paste)，如牙膏、制，如牙膏、制陶泥坯等，漿狀體中固體粒子對流動性的影響十分復(fù)雜。陶泥坯等，漿狀體中固體粒子對流動性的影響十分復(fù)雜。 主要因素有：主要因素有：(1)(1)固一液兩相間的體積比；固一液兩相間的體積比；(2)(2)固體粒子的大?。还腆w粒子的大??；(3)(3)粒子的形狀；粒子的形狀；(4)(4)固體粒子的聚結(jié)程度等。固體粒子的聚結(jié)程度等。 所以用不同的測定方法能得到不同形狀的流變曲線。因所以用不同的測定方法能得到不同形狀的流變曲線。因為影響因素太復(fù)雜，目前還很難從理論上來說明，但一般有為影響因素太

36、復(fù)雜，目前還很難從理論上來說明，但一般有如下經(jīng)驗規(guī)律：如下經(jīng)驗規(guī)律：塑塑以指數(shù)規(guī)律隨固體粒子濃度的增加而升以指數(shù)規(guī)律隨固體粒子濃度的增加而升高，濃度是以體積百分比計。固體的體積分?jǐn)?shù)不變，粒子越高，濃度是以體積百分比計。固體的體積分?jǐn)?shù)不變，粒子越小，則小，則塑塑就愈大。但是塑性粘度大的并非體系的粒子就很就愈大。但是塑性粘度大的并非體系的粒子就很小。小。218.8.2 2.2 .2 假塑性體系假塑性體系 這類體系如羧甲基纖維素、淀粉、橡膠等高分子溶液。這類體系如羧甲基纖維素、淀粉、橡膠等高分子溶液。 這種流型的特點是：這種流型的特點是：(1)(1)體系沒有屈服值，流變曲線從體系沒有屈服值，流變曲線

37、從原點開始；原點開始；(2)(2)視粘度視粘度( (切力與切力與切速率之比切速率之比) )隨切速率之增加隨切速率之增加而減少，所以粘度不是一個固而減少，所以粘度不是一個固定不變的常數(shù)。定不變的常數(shù)。 若以粘度的對數(shù)值與切速若以粘度的對數(shù)值與切速率的對數(shù)值作圖，可以得一直率的對數(shù)值作圖，可以得一直線，其斜率在線，其斜率在0 01 1之間。對于之間。對于假塑性體系，此關(guān)系還較普遍，假塑性體系，此關(guān)系還較普遍，因此可以用指數(shù)定律來描述假因此可以用指數(shù)定律來描述假塑性體系的流變性能：塑性體系的流變性能：式中，指數(shù)式中，指數(shù)n n是常數(shù)，是常數(shù)，K K和和n n數(shù)值視不同液體而異。數(shù)值視不同液體而異。a

38、-牛頓型 b-塑性型C-假塑性型 d-脹性型22K K是液體稠度的量度，是液體稠度的量度，K K值愈大則液體愈粘，對假塑性體系值愈大則液體愈粘，對假塑性體系n1n1。當(dāng)。當(dāng)n=1n=1時時為牛頓體系。通常用為牛頓體系。通常用n n與與1 1的偏離程度作為非牛頓的量度，與的偏離程度作為非牛頓的量度，與1 1相差愈大則相差愈大則非牛頓行為愈顯著。其實非牛頓行為愈顯著。其實n n并不是個嚴(yán)格的常數(shù)，只有在很小切變速率范并不是個嚴(yán)格的常數(shù)，只有在很小切變速率范圍內(nèi)，圍內(nèi)，n n才接近于常數(shù)值。才接近于常數(shù)值。 視粘度用視粘度用a a來表示，在假塑性體系中來表示，在假塑性體系中,a a與切速率的關(guān)系為與

39、切速率的關(guān)系為由上式可見，因為由上式可見，因為n1n1，所以視粘度隨切力的增加而減少。這種現(xiàn)象可，所以視粘度隨切力的增加而減少。這種現(xiàn)象可解釋為：如甲基纖維素這一類的大分子都是不對稱性的粒子，液體在解釋為：如甲基纖維素這一類的大分子都是不對稱性的粒子，液體在靜止時粒子可以有各種取向，當(dāng)切速率增加時，粒子將其長軸轉(zhuǎn)向流靜止時粒子可以有各種取向，當(dāng)切速率增加時，粒子將其長軸轉(zhuǎn)向流動方向。切速率越大則這種定向也越徹底，流動阻力也隨之而降低，動方向。切速率越大則這種定向也越徹底，流動阻力也隨之而降低，最終就完全定向排列，粘度就不會再變化了，最終就完全定向排列，粘度就不會再變化了，D D與與之間又成直線

40、關(guān)系。之間又成直線關(guān)系。此外，粒子的溶劑化也有影響。在切速率作用下，粒子的溶劑化層會此外，粒子的溶劑化也有影響。在切速率作用下，粒子的溶劑化層會產(chǎn)生變形，起了減少阻力的效果。產(chǎn)生變形，起了減少阻力的效果。238.8.2 2.3.3 脹性體系脹性體系 脹性體系與假塑性體系相反，視粘度隨切力的增加而升高脹性體系與假塑性體系相反，視粘度隨切力的增加而升高。 脹性體系脹性體系(dilatancy system)(dilatancy system)一詞最一詞最早由早由ReynoldReynold提出，他發(fā)現(xiàn)有些固體粉末的提出，他發(fā)現(xiàn)有些固體粉末的高濃度漿狀體在攪動時，其體積和剛性都高濃度漿狀體在攪動時，

41、其體積和剛性都有增加，故稱之為脹性體系。產(chǎn)生脹性的有增加，故稱之為脹性體系。產(chǎn)生脹性的原因是體系中粒子間排列很緊密，靜止時原因是體系中粒子間排列很緊密，靜止時粒子間液體占有的空隙體積最小，攪動時粒子間液體占有的空隙體積最小，攪動時粒子發(fā)生重排，使空隙的體積增加，所以粒子發(fā)生重排，使空隙的體積增加，所以體系的總體積有所膨脹。由于空隙增大，體系的總體積有所膨脹。由于空隙增大，粒子接觸處的液層量減少，液層間原有潤粒子接觸處的液層量減少，液層間原有潤滑作用相應(yīng)減少，于是增加了流動阻力。滑作用相應(yīng)減少，于是增加了流動阻力。 a-牛頓型 b-塑性型C-假塑性型 d-脹性型DKnn124 廣義的脹性體系是：

42、凡是視粘度隨切速率的增加而變大的體系，不廣義的脹性體系是：凡是視粘度隨切速率的增加而變大的體系，不論在切力作用下其體積有無脹大均稱之為脹性體系。論在切力作用下其體積有無脹大均稱之為脹性體系。 FreundlichFreundlich等研究了淀粉、等研究了淀粉、SiOSiO2 2粉末的漿狀體，認(rèn)為要具有脹性特粉末的漿狀體，認(rèn)為要具有脹性特點的體系必須滿足以下兩個條件：點的體系必須滿足以下兩個條件：(1)(1)分散相的濃度必須相當(dāng)大，并限于分散相的濃度必須相當(dāng)大，并限于一個狹小范圍內(nèi)，約為一個狹小范圍內(nèi)，約為42424545。(2)(2)粒子必須是分散的，不是聚結(jié)的。粒子必須是分散的，不是聚結(jié)的。

43、當(dāng)切力不太大時，粒子是全散開的，當(dāng)切力增大后，有許多粒子被攪在當(dāng)切力不太大時，粒子是全散開的，當(dāng)切力增大后，有許多粒子被攪在一起，雖然此種結(jié)合并不穩(wěn)定，但是增加流動阻力是完全可能的，攪動一起，雖然此種結(jié)合并不穩(wěn)定，但是增加流動阻力是完全可能的，攪動愈烈，這種暫時結(jié)合自然也愈多，阻力也愈大。如果分散相濃度太小，愈烈，這種暫時結(jié)合自然也愈多，阻力也愈大。如果分散相濃度太小，這種暫時性結(jié)構(gòu)當(dāng)然不易形成，也就沒有脹性體的性質(zhì)。濃度太大，粒這種暫時性結(jié)構(gòu)當(dāng)然不易形成，也就沒有脹性體的性質(zhì)。濃度太大，粒子本來已經(jīng)接觸，攪動時內(nèi)部變化不多，所以脹性現(xiàn)象也不顯著。子本來已經(jīng)接觸，攪動時內(nèi)部變化不多，所以脹性現(xiàn)

44、象也不顯著。 靜止靜止攪動攪動靜止靜止攪動攪動25脹性體系要求分散的粒子有很好的潤濕性，不能形脹性體系要求分散的粒子有很好的潤濕性，不能形成絮凝物，所以要形成脹性體系可以在體系內(nèi)加入成絮凝物，所以要形成脹性體系可以在體系內(nèi)加入一些分散劑、潤濕劑或抗絮凝劑。在攪動時結(jié)構(gòu)形一些分散劑、潤濕劑或抗絮凝劑。在攪動時結(jié)構(gòu)形式是很勉強(qiáng)存在的，所以停止攪動后粒子又呈分散式是很勉強(qiáng)存在的，所以停止攪動后粒子又呈分散狀態(tài)了，粘度又降低了。狀態(tài)了，粘度又降低了。根據(jù)經(jīng)驗，影響體系脹性的因素有：根據(jù)經(jīng)驗，影響體系脹性的因素有： (1)(1)體系的老化程度；體系的老化程度； (2)(2)分散劑的性質(zhì)和用量；分散劑的性

45、質(zhì)和用量； (3)(3)粒子形狀和大小。粒子形狀和大小。 26新配制的淀粉懸浮體，時間放得愈久新配制的淀粉懸浮體，時間放得愈久脹性愈顯著，這是淀粉粒子逐漸膨脹，脹性愈顯著，這是淀粉粒子逐漸膨脹，使分散相體積增大的緣故。一些無機(jī)使分散相體積增大的緣故。一些無機(jī)固體粉末，如二氧化鈦、硫酸鋇、碳固體粉末，如二氧化鈦、硫酸鋇、碳黑、氧化鋅等的有機(jī)溶劑的懸浮體，黑、氧化鋅等的有機(jī)溶劑的懸浮體，它們的性質(zhì)正好相反，脹性隨時間老它們的性質(zhì)正好相反，脹性隨時間老化而減少。這可能是有機(jī)液體與上述化而減少。這可能是有機(jī)液體與上述無機(jī)粒子相混時帶無機(jī)粒子相混時帶入入了一些表面上吸了一些表面上吸附的空氣，聚集的粒子體

46、積要比原有附的空氣，聚集的粒子體積要比原有體積大，放置一段時間后固體有效體體積大，放置一段時間后固體有效體積變小，因此脹性減弱。積變小，因此脹性減弱。 粒子形狀的影響可用淀粉和氧化鐵為例，淀粉的粒子是圓形的，欲得粒子形狀的影響可用淀粉和氧化鐵為例，淀粉的粒子是圓形的，欲得脹性流型需要脹性流型需要4040以上的濃度，氧化鐵粒子是長方形的，流動時粒子能轉(zhuǎn)以上的濃度，氧化鐵粒子是長方形的，流動時粒子能轉(zhuǎn)動，其有效體積大于實有體積，因此只要動，其有效體積大于實有體積，因此只要11111212的濃度就有脹性流型的濃度就有脹性流型出現(xiàn)。出現(xiàn)。278.8.2 2.4.4 觸變性體系觸變性體系 以上所述的各種

47、體系都有一個共同點，就是它們的各種流變性質(zhì)與以上所述的各種體系都有一個共同點，就是它們的各種流變性質(zhì)與時間無關(guān)，均可用時間無關(guān)，均可用D=f()D=f()來描述，在此關(guān)系式內(nèi)無時間因子。但是有些來描述，在此關(guān)系式內(nèi)無時間因子。但是有些體系卻不然，切力作用時間的長短對體系流變性質(zhì)有影響，流變性質(zhì)與體系卻不然，切力作用時間的長短對體系流變性質(zhì)有影響，流變性質(zhì)與時間有依賴關(guān)系的體系又可分為兩大類。時間有依賴關(guān)系的體系又可分為兩大類。 (1)(1)觸變性觸變性(thixotropy)(thixotropy)體系體系 在一定切速率下，切力隨時間而減少在一定切速率下，切力隨時間而減少。 (2)(2)震凝性

48、震凝性(Rheopexy)(Rheopexy)體系體系 在一定切速率下，切力隨時間而增大。在一定切速率下，切力隨時間而增大。震凝性體系不多見，而觸變性體系較常見，如粘土泥漿、油漆等。震凝性體系不多見，而觸變性體系較常見，如粘土泥漿、油漆等。震凝性體系當(dāng)外切力去除后體系仍保持凝固狀態(tài)，至少有一段時間是凝震凝性體系當(dāng)外切力去除后體系仍保持凝固狀態(tài)，至少有一段時間是凝固狀態(tài)，然后再稀化。從微觀結(jié)構(gòu)來看：脹性體系的懸浮體是高固狀態(tài)，然后再稀化。從微觀結(jié)構(gòu)來看：脹性體系的懸浮體是高“濃度濃度”的，固體含量常高達(dá)的，固體含量常高達(dá)4040以上，潤濕性能良好。震凝性體系固體含量以上，潤濕性能良好。震凝性體系

49、固體含量很低，僅很低，僅1 12 2左右，而且粒子不是對稱性的，因此形成凝膠完全是左右，而且粒子不是對稱性的，因此形成凝膠完全是粒子定向排列的結(jié)果。粒子定向排列的結(jié)果。 28 所謂觸變性是指一些體系在攪動或其他機(jī)械作用下，能使凝所謂觸變性是指一些體系在攪動或其他機(jī)械作用下，能使凝膠狀的體系變成流動性較大的溶膠，將體系靜置一段時間后，又膠狀的體系變成流動性較大的溶膠，將體系靜置一段時間后，又恢復(fù)原來的凝膠狀態(tài)?；謴?fù)原來的凝膠狀態(tài)。觸變性的產(chǎn)生與體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)觸變性的產(chǎn)生與體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)觸變結(jié)構(gòu)的主要特點是：觸變結(jié)構(gòu)的主要特點是： (1)(1)從有結(jié)構(gòu)到無結(jié)構(gòu)、或者從結(jié)構(gòu)的拆散作用到結(jié)構(gòu)的恢從

50、有結(jié)構(gòu)到無結(jié)構(gòu)、或者從結(jié)構(gòu)的拆散作用到結(jié)構(gòu)的恢復(fù)作用是一個等溫可逆轉(zhuǎn)換過程。復(fù)作用是一個等溫可逆轉(zhuǎn)換過程。 (2)(2)體系結(jié)構(gòu)的這種反復(fù)轉(zhuǎn)換與時間有關(guān)體系結(jié)構(gòu)的這種反復(fù)轉(zhuǎn)換與時間有關(guān)，即結(jié)構(gòu)的破壞和，即結(jié)構(gòu)的破壞和形成是時間的函數(shù)，同時結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度變化也與時間有關(guān)。形成是時間的函數(shù)，同時結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度變化也與時間有關(guān)。 所以觸變性可以看成體系在恒溫下所以觸變性可以看成體系在恒溫下“凝膠一溶膠凝膠一溶膠”之間相互之間相互轉(zhuǎn)換過程的表現(xiàn)。更確切地說，物體在切力作用下產(chǎn)生形變，若轉(zhuǎn)換過程的表現(xiàn)。更確切地說，物體在切力作用下產(chǎn)生形變，若比值比值r rD D會暫時性降低，則該物體即有觸變性。會暫時性

51、降低，則該物體即有觸變性。 29 觸變性流體測量的觸變性流體測量的方法是在轉(zhuǎn)筒式粘度計中從最低轉(zhuǎn)速開始，方法是在轉(zhuǎn)筒式粘度計中從最低轉(zhuǎn)速開始，在一定時間內(nèi)，均衡地逐漸升高轉(zhuǎn)速，直至預(yù)先選定的某一最高在一定時間內(nèi)，均衡地逐漸升高轉(zhuǎn)速，直至預(yù)先選定的某一最高值，在升高過程中記錄相應(yīng)的切力數(shù)據(jù)，就得到如圖中的曲線值，在升高過程中記錄相應(yīng)的切力數(shù)據(jù)，就得到如圖中的曲線ABCABC。到達(dá)到達(dá)C C點后，逐漸降低轉(zhuǎn)速，再記錄下降低切速率過程中切力的讀點后，逐漸降低轉(zhuǎn)速，再記錄下降低切速率過程中切力的讀數(shù)，得直線數(shù)，得直線CACA，上行線和下行線并不重合，成為一個月牙形的圈，上行線和下行線并不重合，成為一個

52、月牙形的圈，叫叫“滯后圈滯后圈”，用此圈的面積可以衡量，用此圈的面積可以衡量“觸變拆散觸變拆散”(thixotropy ”(thixotropy breakdown)breakdown)的程度，即觸變性大小的的程度，即觸變性大小的度度量。量。30 滯后圈是由兩種因素造成的：時間和切速率。具有觸變性的體系。若滯后圈是由兩種因素造成的：時間和切速率。具有觸變性的體系。若在恒切速率作用下，體系的結(jié)構(gòu)就開始拆散。在開始時拆散得快，以后不在恒切速率作用下，體系的結(jié)構(gòu)就開始拆散。在開始時拆散得快，以后不斷減慢，最后拆散速率與結(jié)構(gòu)恢復(fù)平衡。宏觀的現(xiàn)象是恒切速率下，切力斷減慢，最后拆散速率與結(jié)構(gòu)恢復(fù)平衡。宏觀

53、的現(xiàn)象是恒切速率下，切力不斷降低，最后達(dá)到切力不變。這就是時間變化的觸變拆散因素。如果提不斷降低，最后達(dá)到切力不變。這就是時間變化的觸變拆散因素。如果提高轉(zhuǎn)速，即增大切速率，平衡又向拆散方向移動，這是隨切速率的觸變拆高轉(zhuǎn)速，即增大切速率，平衡又向拆散方向移動，這是隨切速率的觸變拆散。如果沒有這兩種因素，上行線與下行線是相互重疊的直線，不存在滯散。如果沒有這兩種因素，上行線與下行線是相互重疊的直線，不存在滯后圈現(xiàn)象。因此滯后圈的大小與人為因素及儀器構(gòu)造有關(guān)。從后圈現(xiàn)象。因此滯后圈的大小與人為因素及儀器構(gòu)造有關(guān)。從A A上升到上升到C C的的時間愈快、切速率升得愈高，那么環(huán)的面積也愈大。因此用滯后

54、圈的面積時間愈快、切速率升得愈高，那么環(huán)的面積也愈大。因此用滯后圈的面積來衡量觸變性大小是有些任意性的。來衡量觸變性大小是有些任意性的。 為了定量地表示這兩種因素，時間觸變系數(shù)為了定量地表示這兩種因素，時間觸變系數(shù)B B和拆散觸變系數(shù)和拆散觸變系數(shù)M M，這兩，這兩個系數(shù)都可以從力學(xué)角度用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)得到。個系數(shù)都可以從力學(xué)角度用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)得到。 (1)(1)時間觸變系數(shù)時間觸變系數(shù)B B的物理意義的物理意義 在某切速率下，塑性粘度對時間變化率乘在某切速率下，塑性粘度對時間變化率乘以所經(jīng)歷的時間，表示如下：以所經(jīng)歷的時間，表示如下：也可以寫成：也可以寫成：31 體系內(nèi)的結(jié)構(gòu)將隨時間延長而逐漸

55、破體系內(nèi)的結(jié)構(gòu)將隨時間延長而逐漸破壞，切力將沿壞，切力將沿CECE線而逐漸減小，最終達(dá)到線而逐漸減小，最終達(dá)到E E，這點稱為觸變平衡點。在，這點稱為觸變平衡點。在CECE時間范圍時間范圍內(nèi)，從內(nèi)，從C C點經(jīng)時間點經(jīng)時間t t1 1后，然后下降切速率。后，然后下降切速率。下行線是一條直線，因為已拆散的粒子還下行線是一條直線，因為已拆散的粒子還來不及重新結(jié)合，切力只用來推動流體，來不及重新結(jié)合，切力只用來推動流體，所以下行線上的所以下行線上的D D與與成正比，從下行線成正比，從下行線的斜率能求得塑性粘度的斜率能求得塑性粘度塑塑(1)(1)。按相同步。按相同步驟，切速率立即升到驟，切速率立即升到C C后，經(jīng)過時間后，經(jīng)過時間t t2 2，從下行線得塑性粘度從下行線得塑性粘度塑塑(2)(2) 。從兩次所。從兩次所測得的數(shù)據(jù)，代入測得的數(shù)據(jù)，代入公公式，即得觸變系數(shù)式，即得觸變系數(shù)B B。 B B值可以這樣測定，將切速率