黏度的影響因素及其應(yīng)用

1、黏度的影響因素及其應(yīng)用呂先勇09339018應(yīng)化（理檢）從黏度的測定與應(yīng)用這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，黏度與溫度、壓力、溶液組成以及物質(zhì)分 子結(jié)構(gòu)有關(guān)系。下面我們將著重從以上四個(gè)方面介紹黏度的影響因素： 1.溫度溫度E是高分子溶液黏度測試中最為敏感的物理因素。值得指出的是，當(dāng)溶液和純?nèi)軇?流過毛細(xì)管的時(shí)間隨溫度的變化呈線性變化時(shí)，溶液的黏度變化與溫度之間的關(guān)系卻不表現(xiàn) 出線性關(guān)系，而為高次函數(shù)。ISO 12228規(guī)定：黏度法測定聚合物相對分子質(zhì)量的恒溫槽控溫精度為005C,其實(shí)這 種標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)度要求。在恒溫槽水體與大氣溫差為5C時(shí)，我們測試 了測試體系中不同位點(diǎn)的溫度，實(shí)測數(shù)據(jù)表

2、明，體系中不同位點(diǎn)的溫差，相對溶液黏度對溫 度的敏感度而言是極大的。烏氏黏度計(jì)非稀釋型和稀釋型兩種型號(hào)的儲(chǔ)液球內(nèi)液體中心與恒 溫槽內(nèi)的水體中心溫差分別為10笆和1 2C,黏度計(jì)外管壁與恒溫槽水體中心溫差也達(dá)到 0TC.造成這種現(xiàn)象的原因很簡單，因?yàn)闉跏橡ざ扔?jì)的內(nèi)腔與大氣聯(lián)通，因而當(dāng)恒溫槽與 大氣溫差加大時(shí)，測試體系中不同位點(diǎn)的溫差也會(huì)隨之加大。為此，實(shí)際測量中，必須使測 試系統(tǒng)中不同位點(diǎn)的溫度得到適時(shí)監(jiān)控，以便適時(shí)調(diào)控溫度，保證所測溫度是所測溶液的真 實(shí)溫度，而不能以恒溫槽的溫度替代溶液溫度。我們的做法是在不同位點(diǎn)安裝多個(gè)測溫探頭。 2壓力對許多潤滑用途而言，對黏度一壓力依賴關(guān)系過去是，現(xiàn)在仍

3、然是估計(jì)過低，V-p行為 已成為彈性一液動(dòng)潤滑劑膜計(jì)算的組成部分。黏度對壓力的指數(shù)依賴關(guān)系說明，黏度隨壓力 而迅速增大。金屬成型潤滑劑可承受能使這種潤滑油的黏度增加10倍的壓力。V-D行為可 用下式描述：Up = Uo x eP-Po）式中，Up是在壓力P時(shí)的動(dòng)態(tài)黏度，加是O.IMPa壓力時(shí)的動(dòng)態(tài)黏度，是黏度一壓力 系數(shù)。由下式計(jì)算a:a = x （*） 3.溶液組成3 1溶液濃度的影響溶液濃度愈高則高分子鏈間距愈短，分子間作用力越大，因而溶液濃度對黏度的測試存 在著很大的影響，表現(xiàn)為所測得的數(shù)據(jù)所表達(dá)的唱/c或lmr/c與c （腿為增比黏度、C為溶 液濃度）的線性相關(guān)度差。對于試樣溶液濃度的

4、選擇，大多數(shù)文獻(xiàn)的報(bào)道以在1.2-2.2之間為宜2句。不同濃度溶液的測試結(jié)果所反映出的線性關(guān)聯(lián)情形由于溶液的黏度除與聚合物 分子量有關(guān)外，還與其分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)及在溶液中的擴(kuò)張程度有關(guān)，因而在測試時(shí)，必須根 據(jù)聚合物的具體特性，選擇合適的溶劑和溶液濃度。宜進(jìn)行預(yù)測試，即配制不同濃度的溶液， 根據(jù)實(shí)測爪數(shù)值來確定正式測試時(shí)所用溶液的濃度。3.2溶液陳化時(shí)間影響實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)，溶液的陳化時(shí)間對測試數(shù)據(jù)的波動(dòng)幅度有明顯的影響，圖1所示的是 同一濃度溶液在不同陳化時(shí)間I、.所測得的溶液流過毛細(xì)管的時(shí)間數(shù)據(jù)，這些實(shí)測數(shù)據(jù)表明, 陳化時(shí)間在4-5d時(shí)，數(shù)據(jù)波動(dòng)幅度最小，故實(shí)際測試中，宜提前4-5d配制測試溶

5、液。溫度/ WC-I 一 0090807060504021 2 111111S/屋在至觸委忡*堤堤及40圖1不同陳化時(shí)間的聚乙二醇溶液流過毛細(xì)管的時(shí)間波動(dòng)幅度4.物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)對于黏度的影響也很大。一般的說，極性橡膠的分子間力比非極性的大, 前者粘度比后者大，流動(dòng)性也較差。分子間力小，鏈柔順性大(玻璃化溫度Tg低)的橡膠， 粘度就低，流動(dòng)性好。例如順丁膠，結(jié)構(gòu)簡單，取代基均為氫，鏈段柔順性大,Tg較低(-100C ), 流動(dòng)性良好，甚至室溫下會(huì)出現(xiàn)“冷流氣分子鏈越長，分子間力越大，流動(dòng)越困難，黏度越 大。分子鏈柔性和分子間作用力。分子鏈柔性和分子間作用力對流動(dòng)性的影響與其對玻 璃化

6、轉(zhuǎn)變溫度的影響規(guī)律相似。鏈柔性好、分子鏈間相互作用力小的聚合物通常有較小的熔 體黏度，而鏈剛性大、分子鏈間作用力大的聚合物熔體的黏度一般較高。相對分子量。聚合物的流動(dòng)是通過許多鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)而使整個(gè)分子鏈重心沿流動(dòng) 方向發(fā)生位移的結(jié)果。分子量越大，一個(gè)大分子鏈包含的鏈段數(shù)就越多，為實(shí)現(xiàn)大分子鏈重 心的位移，需要完成的鏈段協(xié)同位移的次數(shù)就越多，摩擦阻力就越大。因此，聚合物熔體的 黏度強(qiáng)烈地依賴于分子量，分子量的增大能夠引起表觀黏度的急劇增高和熔體流動(dòng)速率的大 幅度下降。低分子添加劑。增塑劑和稀釋劑等低分子添加劑的加入可降低聚合物鏈間的相互作 用，減少內(nèi)摩擦和纏結(jié)作用，因而使熔體的黏度下降，流動(dòng)性

7、提高。粘度及其測量與人們生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓科學(xué)研究密切相關(guān)。特別在石油、化工、輕工、 建材、煤炭、冶金、交通、國防、航天等國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域存廣泛應(yīng)用。在石油開采和化工生產(chǎn)中都離不開粘度測量。原油的粘度反映了其在地下的復(fù)雜的流動(dòng)狀態(tài)，研競地層中不同溫度、壓力及地質(zhì)結(jié)構(gòu) 下的原油粘度.可以達(dá)到夸理開采及提高原油產(chǎn)量。原油的管道設(shè)計(jì)、輸送動(dòng)力及管溫計(jì) 算.把原油從儲(chǔ)油罐泵送到蒸餡塔以及潤滑油的調(diào)和都與粘度密切相關(guān)。在化學(xué)工業(yè)中，橡膠、塑料、化纖等三大合成材料、油漆、涂料、粘膠、印刷油墨、各 種乳液等的生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)、終點(diǎn)的控制和加工成型都要做粘度測量。在聚合物的生產(chǎn)過程中，要根據(jù)不同產(chǎn)品控制不同

8、的聚合度，而聚合度是通過測量粘度 實(shí)現(xiàn)的。據(jù)說某廠在生產(chǎn)有機(jī)玻璃時(shí).由于粘度沒有測準(zhǔn)，聚合過了頭.即沒有及時(shí)控制住 反應(yīng)終點(diǎn)而發(fā)生反應(yīng)釜爆炸的嚴(yán)重后果。橡膠、塑料及許多高分子材料在進(jìn)行各種加工成型 (如壓塑、注塑、擠塑、吹塑、壓延、枳成、流動(dòng)成型等)時(shí)，如果粘度不合適，就會(huì)生產(chǎn)加 工出劣質(zhì)的輪胎、膠鞋及塑料制品。合成纖堆在紡稅過程中，紡絲液粘度用來控制紡稅的粗 細(xì)及計(jì)算拉幺幺機(jī)的動(dòng)力。造紙工業(yè)中紙張的施膠及涂布加工必須控制膠液的粘度。建材、冶金工業(yè)中，粘度也是高溫熔體的重要糟理特性及工藝參數(shù)。不同工藝條件下的 玻璃粘度如果不合適，吹制出的顯像管及玻璃儀器就會(huì)出現(xiàn)扭紋、氣泡等不均勻的劣質(zhì)品; 采

9、用液態(tài)排渣法的發(fā)電廠需要洲定熔融狀態(tài)卜.煤渣粘度以達(dá)到順利排渣.金屬冶煉時(shí)晚體的 粘度只有達(dá)到恰當(dāng)值，金屬與礦渣才能徹底分離，既保證金屬質(zhì)量又能節(jié)省能源。此外，測量食品(如奶油、巧克力、冰淇淋、面團(tuán)、糖稀)、藥品、育狀化妝品、洗滌荊 及它們的原料的粘度，對于原料調(diào)配柔和、加工制作廈產(chǎn)品質(zhì)量都有密切的關(guān)系。粘度測量對于醫(yī)療保證十分重要.血管疾病及癌痛等疑難病癥，幾乎所有醫(yī)院及醫(yī)療 部門為診斷要做血液的粘度測量。如果粘度洲量不準(zhǔn)，將套引起誤診，甚至造成嚴(yán)重的醫(yī)療 事故。此外.尿液、痰、關(guān)節(jié)液及其他生理液體粘度診斷學(xué)意義也已受到普遍重視。粘度又是石油化工產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)。各種石油產(chǎn)品的規(guī)格按粘度來

10、分類.井它來 檢查產(chǎn)品的合格率。因?yàn)槭彤a(chǎn)品的粘度在許多場合至關(guān)重要，如潤滑油及潤滑脂的粘度關(guān) 系工作零件的磨損、發(fā)動(dòng)機(jī)的靈活啟動(dòng)，如果粘度不合適，輕則機(jī)器不能正常運(yùn)行、損壞機(jī) 器，重則齦成嚴(yán)重事故，如交通事故、飛行事故等。煤油、柴油等各種燃料要有合適的粘度 才能在霧化器中得到充分霧化，達(dá)到最佳的燃燒效果，能源得到克分利用：瀝青要求具有使 道路及建筑物易于施工，叉要保證施工質(zhì)量的粘度。航天工業(yè)領(lǐng)域，托箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，幾噸、十幾噸重的燃料在幾秒鐘內(nèi)就要燃燒完以產(chǎn)生巨 大推力，這些特種的固體、液體燃料的粘度大大影響燃料的注造工藝及質(zhì)量，影響到衛(wèi)星及 導(dǎo)彈的發(fā)射成功率：火箭炮燃料的粘度影響其準(zhǔn)確射程。潤

11、滑油等各種石油產(chǎn)品的粘度對于 坦克、槍炮、兵艦、飛行器等的安仝運(yùn)行也具有特別重要的意義。油漆與涂料的粘度如果太大，噴涂物的表面就不會(huì)光滑均勻，且容易脫落，粘度太小容 易流掉，達(dá)不到施工質(zhì)量。印刷油墨的粘度影響印刷品(包括錢幣等)的印刷質(zhì)量與效果，國 家絕密的鈔票印制重地，就需要開展大量的精密粘度測試。粘膠、粘合劑、膠液的粘度影響 潦膠工藝、工件膠接性能以至電影肢片的上肢質(zhì)量等。粘膠纖堆原液、棉紗漿料的粘度影響 到產(chǎn)品質(zhì)量及上膠工藝。參考文獻(xiàn)1羅文君，卜庭江，馬容.烏氏黏度計(jì)測量高分子溶液黏度的影響因素J.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2011,04(28).螢炎明，胡曉蘭.高分子物理學(xué)習(xí)指導(dǎo)M.北京：科學(xué)出版社，2005.Fredricjson A G. Principle and Applications of Rhe