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流变学测量方法简介奥地利安东帕有限公司(AntonPaarGmbH)流变学测量方法简介流变学测量方法简介奥地利安东帕有限公司(AntonPaarGmbH) 1.1流变学研究的内容...........................................................................................................2 1.2剪切应力与剪切速度.......................................................................................................2 1.3粘度...................................................................................................................................2 1.4流体的分类.......................................................................................................................2 1.5影响材料流变学性质的因素...........................................................................................4 二.流动特性的研究-旋转测量.....................................................................................................6 2.1旋转测量的目的................................................................................................................6 2.2旋转测量的方法................................................................................................................6 2.3旋转测量中的几种分析模型............................................................................................7 三.变形特性的研究–振荡测量...................................................................................................9 3.1振荡测量的原理................................................................................................................9 3.2振荡测量的方法..............................................................................................................10 3.3振荡测量中的几种分析方法..........................................................................................12 四.化学反应过程中的流变测试...................................................................................................13 五.温度变化过程中的流变测试...................................................................................................14 5.1粘温曲线测量..................................................................................................................15 5.2凝固、熔融过程..............................................................................................................15 5.3有化学反应的相转变过程..............................................................................................15 5.4DMTA测量......................................................................................................................16 六.流变测量指南..........................................................................................................................17 6.1测试系统的选择..............................................................................................................17 6.2旋转测试..........................................................................................................................17 6.3振荡实验..........................................................................................................................18 流变学测量方法简介奥地利安东帕有限公司(AntonPaarGmbH)流变学研究的内容流变学—Rheology，来源于希腊的Rheos=Sream（流动）词语，是Bingham和Crawford为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。流变学主要是研究物质的流动和变形的一门科学。流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。变形是固体的主要性质之一，对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress）。对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity）。把这种可逆性变形称为弹性变形（elasticdeformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plasticdeformation）。实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，我们称之为粘弹性，具有这种特性的物质我们称之为粘弹性物质。1.2剪切应力与剪切速度观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流昀快，越靠近河岸的水流越慢。因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为由若干互相平行移动的液层所组成的，液层之间没有物质交换，这种流动方式叫层流，如图1。由于各层的速度不同，便形成速度梯度dv/dh，或称剪切速率。流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动，使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（ShearStress），单位为N·m-2，即Pa，以τ表示。剪切速度（ShearRate），单位为s-1，以表示。剪切速率与剪切应力是表征体系流变性质的两个基本参数。1.3粘度粘度是反应物质流动时内摩擦大小的物理量；根据测量方法的不同，粘度通常有多种表示方法，比如我们昀常用的动力学粘度和运动粘度，以及一些特定的粘度测定方法，如流杯、稠度计、恩氏粘度等等。1.4流体的分类根据流动和变形形式不同，将流体物质分为牛顿流体和非牛顿流体。牛顿流体遵循牛顿流动法则，非牛顿流体不遵循该法则。图1流体流动时形成的速度梯度流变学测量方法简介奥地利安东帕有限公司(AntonPaarGmbH)牛顿流体实验证明，纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力τ与剪切速率成正比，下式为牛顿粘性定律（Newtonianequation），遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonianfluid）。/FA或(1)式中，F：A面积上施加的力；η：粘度（viscosity）或粘度系数（viscositycoefficient），是表示流体粘性的物理常数。SI单位中粘度用Pas表示；常用单位还有mPas、P（泊）、cP（厘泊），其中1P=0.1Pas，1cP=1mPas。根据公式可知牛顿液体的剪切速率与剪切应力τ之间关系，如图2所示，呈直线关系，且直线经过原点。这时直线的斜率表示粘度，粘度与剪切速度无关，而且是可逆过程，只要温度一定，粘度就一定。表120℃条件下几种牛顿流体的绝对粘度液体粘度/mPas蓖麻油1000氯仿0.563乙醇1.19甘油400橄榄油100水1.00501.4.2非牛顿流动实际上大多数液体不符合牛顿定律，如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，因此称之为非牛顿流体（non-Newtonianfluid），此种物质的流动现象称为非牛顿流动（non-Newtonianflow）。对于非牛顿流体可以用旋转粘度计测定其粘度，对其剪切应力τ随剪切速率的变化作图可得，如图3和图4中所示的流动曲线（flowcurve）或粘度曲线(viscositycurve)。根据非牛顿流体流动曲线的类型把非牛顿流动分为塑性流动、假塑性流动和胀性流动三种。1.4.2.1塑性流动塑性流动（plasticflow）的流动曲线如图14-7（b）所示，曲线不经过原点，在剪切应力τ轴上的某处有交点，将曲线外延至=0，在τ轴上某一点可以屈服值（yieldvalue）。当剪切应力达不到屈服值以上时，液体在剪切应力作用下不发生流动，而表现为弹性变形。当剪切应力图2牛顿流体的流动曲线和粘度曲线流变学测量方法简介奥地利安东帕有限公司(AntonPaarGmbH)增加至屈服值时，液体开始流动，剪切速率和剪切应力τ呈直线关系