黏度的影响因素及其应用

黏度的影响因素及其应用吕先勇09339018应化（理检）从黏度的测定与应用这个实验我们可以发现，黏度与温度、压力、溶液组成以及物质分子结构有关系。下面我们将着重从以上四个方面介绍黏度的影响因素：1.温度温度[1]是高分子溶液黏度测试中最为敏感的物理因素。值得指出的是，当溶液和纯溶剂流过毛细管的时间随温度的变化呈线性变化时，溶液的黏度变化与温度之间的关系却不表现出线性关系，而为高次函数。ISO12228规定：黏度法测定聚合物相对分子质量的恒温槽控温精度为±0.05℃，其实这种标准远远满足不了该项实验的精准度要求。在恒温槽水体与大气温差为5℃时，我们测试了测试体系中不同位点的温度，实测数据表明，体系中不同位点的温差，相对溶液黏度对温度的敏感度而言是极大的。乌氏黏度计非稀释型和稀释型两种型号的储液球内液体中心与恒温槽内的水体中心温差分别为1.0℃和1.2℃，黏度计外管壁与恒温槽水体中心温差也达到0.7℃。造成这种现象的原因很简单，因为乌氏黏度计的内腔与大气联通，因而当恒温槽与大气温差加大时，测试体系中不同位点的温差也会随之加大。为此，实际测量中，必须使测试系统中不同位点的温度得到适时监控，以便适时调控温度，保证所测温度是所测溶液的真实温度，而不能以恒温槽的温度替代溶液温度。我们的做法是在不同位点安装多个测温探头。2.压力对许多润滑用途而言，对黏度一压力依赖关系过去是，现在仍然是估计过低，V-p行为已成为弹性一液动润滑剂膜计算的组成部分。黏度对压力的指数依赖关系说明，黏度随压力而迅速增大。金属成型润滑剂可承受能使这种润滑油的黏度增加10倍的压力。V-D行为可用下式描述：ηp=η0×ea(p−p0)式中，ηp是在压力p时的动态黏度，η0是0.1MPa压力时的动态黏度，是黏度一压力系数。由下式计算a:α=1ηp×(dηpdp)3.溶液组成3.1溶液浓度的影响溶液浓度愈高则高分子链间距愈短，分子间作用力越大，因而溶液浓度对黏度的测试存在着很大的影响，表现为所测得的数据所表达的ηsp/c或lnηr/c与c（ηsp为增比黏度、c为溶液浓度）的线性相关度差。对于试样溶液浓度的选择，大多数文献的报道以ηr在1.2-2.2之间为宜[2-6]。不同浓度溶液的测试结果所反映出的线性关联情形由于溶液的黏度除与聚合物分子量有关外，还与其分子结构、形态及在溶液中的扩张程度有关，因而在测试时，必须根据聚合物的具体特性，选择合适的溶剂和溶液浓度。宜进行预测试，即配制不同浓度的溶液，根据实测ηr数值来确定正式测试时所用溶液的浓度。3.2溶液陈化时间影响实际测试中发现，溶液的陈化时间对测试数据的波动幅度有明显的影响，图1所示的是同一浓度溶液在不同陈化时间下所测得的溶液流过毛细管的时间数据，这些实测数据表明，陈化时间在4-5d时，数据波动幅度最小，故实际测试中，宜提前4-5d配制测试溶液。图1不同陈化时间的聚乙二醇溶液流过毛细管的时间波动幅度4.物质分子结构物质的分子结构对于黏度的影响也很大。一般的说，极性橡胶的分子间力比非极性的大，前者粘度比后者大，流动性也较差。分子间力小，链柔顺性大（玻璃化温度Tg低）的橡胶，粘度就低，流动性好。例如顺丁胶，结构简单，取代基均为氢，链段柔顺性大，Tg较低（-100℃），流动性良好，甚至室温下会出现“冷流”。分子链越长，分子间力越大，流动越困难，黏度越大。(1)分子链柔性和分子间作用力。分子链柔性和分子间作用力对流动性的影响与其对玻璃化转变温度的影响规律相似。链柔性好、分子链间相互作用力小的聚合物通常有较小的熔体黏度，而链刚性大、分子链间作用力大的聚合物熔体的黏度一般较高。(2)相对分子量。聚合物的流动是通过许多链段的协同运动而使整个分子链重心沿流动方向发生位移的结果。分子量越大，一个大分子链包含的链段数就越多，为实现大分子链重心的位移，需要完成的链段协同位移的次数就越多，摩擦阻力就越大。因此，聚合物熔体的黏度强烈地依赖于分子量，分子量的增大能够引起表观黏度的急剧增高和熔体流动速率的大幅度下降。(3)低分子添加剂。增塑剂和稀释剂等低分子添加剂的加入可降低聚合物链间的相互作用，减少内摩擦和缠结作用，因而使熔体的黏度下降，流动性提高。粘度及其测量与人们生活、工农业生产压科学研究密切相关。特别在石油、化工、轻工、建材、煤炭、冶金、交通、国防、航天等国民经济各领域存广泛应用[7]。在石油开采和化工生产中都离不开粘度测量。原油的粘度反映了其在地下的复杂的流动状态，研竞地层中不同温度、压力及地质结构下的原油粘度．可以达到夸理开采及提高原油产量。原油的管道设计、输送动力及管温计算．把原油从储油罐泵送到蒸馏塔以及润滑油的调和都与粘度密切相关。在化学工业中，橡胶、塑料、化纤等三大合成材料、油漆、涂料、粘胶、印刷油墨、各种乳液等的生产过程中的化学反应、终点的控制和加工成型都要做粘度测量。在聚合物的生产过程中，要根据不同产品控制不同的聚合度，而聚合度是通过测量粘度实现的。据说某厂在生产有机玻璃时．由于粘度没有测准，聚合过了头．即没有及时控制住反应终点而发生反应釜爆炸的严重后果。橡胶、塑料及许多高分子材料在进行各种加工成型(如压塑、注塑、挤塑、吹塑、压延、积成、流动成型等)时，如果粘度不合适，就会生产加工出劣质的轮胎、胶鞋及塑料制品。合成纤堆在纺丝过程中，纺丝液粘度用来控制纺丝的粗细及计算拉丝机的动力。造纸工业中纸张的施胶及涂布加工必须控制胶液的粘度。建材、冶金工业中，粘度也是高温熔体的重要糟理特性及工艺参数。不同工艺条件下的玻璃粘度如果不合适，吹制出的显像管及玻璃仪器就会出现扭纹、气泡等不均匀的劣质品；采用液态排渣法的发电厂需要洲定熔融状态下煤渣粘度以达到顺利排渣．金属冶炼时蟓体的粘度只有达到恰当值，金属与矿渣才能彻底分离，既保证金属质量又能节省能源。此外，测量食品(如奶油、巧克力、冰淇淋、面团、糖稀)、药品、膏状化妆品、洗涤荆及它们的原料的粘度，对于原料调配柔和、加工制作厦产品质量都有密切的关系。粘度测量对于医疗保证十分重要．血管疾病及癌瘸等疑难病症，几乎所有医院及医疗部门为诊断要做血液的粘度测量。如果粘度洲量不准，将套引起误诊，甚至造成严重的医疗事故。此外．尿液、痰、关节液及其他生理液体粘度诊断学意义也已受到普遍重视。粘度又是石油化工产品的重要质量指标。各种石油产品的规格按粘度来分类．井它来检查产品的合格率。因为石油产品的粘度在许多场合至关重要，如润滑油及润滑脂的粘度关系工作零件的磨损、发动机的灵活启动，如果粘度不合适，轻则机器不能正常运行、损坏机器，重则酿成严重事故，如交通事故、飞行事故等。煤油、柴油等各种燃料要有合适的粘度才能在雾化器中得到充分雾化，达到最佳的燃烧效果，能源得到克分利用；沥青要求具有使道路及建筑物易于施工，叉要保证施工质量的粘度。航天工业领域，托箭发动机中，几吨、十几吨重的燃料在几秒钟内就要燃烧完以产生巨大推力，这些特种的固体、液体燃料的粘度大大影响燃料的注造工艺及质量，影响到卫星及导弹的发射成功率；火箭炮燃料的粘度影响其准确射程。润滑油等各种石油产品的粘度对于坦克、枪炮、兵舰、飞行器等的安仝运行也具有特别重要的意义。油漆与涂料的粘度如果太大，喷涂物的表面就不会光滑均匀，且容易脱落，粘度太小容易流掉，达不到施工质量。印刷油墨的粘度影响印刷品(包括钱币等)的印刷质量与效果，国家绝密的钞票印制重地，就需要开展大量的精密粘度测试。粘胶、粘合剂、胶液的粘度影响潦胶工艺、工件胶接性能以至电影肢片的上肢质量等。粘胶纤堆原液、棉纱浆料的粘度影响到产品质量及上胶工艺。参考文献[1]罗文君，卜庭江，马睿.乌氏黏度计测量高分子溶液黏度的影响因素[J].实验技术与管理，2011,04(28).[2]董炎明，胡晓兰．高分子物理学习指导[M]．北京：科学出版社，2005．[3]FredricjsonAG．PrincipleandApplicationsofRheology[M]．NewJersey:Prentice-Hall,1964.[4]杨海洋，朱平平，和平笙．高分子物理实验[M]．合肥：中国科学技术大学出版社，2008．[5]陈泉水，罗太安，刘晓东．高分子材料实验技术[M]．北京：化学工业出版社，2006.[6]曲荣君．材料化学实验[M]．北京：化学工业出版社，2008．[7]陈惠钊.黏度测量与应用[J].中国计量，1998,03(28).