【集萃網(wǎng)觀察】(二)流變圖及其定義
為了研究流體的性質(zhì),人們常常以不同的剪切應(yīng)力作用在流體上,并把它相應(yīng)的剪切速度以數(shù)字的形式表達(dá)出來,然后點(畫)在以剪切應(yīng)力和剪切速率為(橫、縱)軸的直角坐標(biāo)系中。再把各點連起來,形成一根連續(xù)的圖線。這種圖線可以用來表示流體的特性,我們把它叫作流動曲線或流變曲線,這種表示流體特性的圖象則可叫作流變圖。
流體一般分兩大類,即牛頓流體和非牛頓流體。在非牛頓流體中又分塑性流體,假塑性流體和膨脹性流體。
1、牛頓流體(牛頓流動,簡單流動)。
所謂牛頓流體,一般是指流體在任何既定溫度條件下,在較低或中等剪切速率下,其粘度η為常數(shù)的流體,又稱真液體。即所謂牛頓流動性液體。
這種流體只要以任何最小的力作用之,它就可引起流動。
牛頓流體的流變曲線是剪切速率與剪切應(yīng)力的大小成正比關(guān)系的通過原點的一根直線。也就是說給力它就流動,作用在流體上的力越大,則流體流動的速度也越大,它們是正比關(guān)系。線的斜率則與流體的粘度有關(guān)。
屬于這類流體的物質(zhì)有水、溶劑、礦油、低粘度的連結(jié)料和一些粘度比較小的液體(溶劑型)油墨等。
粘度在0~100泊的物質(zhì)一般均可算為牛頓流體。
2、非牛頓流體。
在“粘度的定義”中,提到了粘度系數(shù)η,這一般是指牛頓流體的粘度系數(shù)。在討論流變圖時,為了使概念更明確,我們把η叫作表觀粘度(Apparent Viscosity)。
表現(xiàn)粘度就是指在給定的剪切速率時,總的剪切應(yīng)力與總的剪切速率之比。它表示一種牛頓流體的粘度在選定的剪切應(yīng)力或剪切速率下顯示出的對流動的同樣阻抗。它的對數(shù)剪切應(yīng)力與對數(shù)剪切速率是成正比的。其對數(shù)表觀粘度亦與對數(shù)剪切應(yīng)力或剪切速率成正比。
簡單地說,由于在非牛頓流體中粘度系數(shù)η不再是一個常數(shù),而是隨剪切速率(或剪切應(yīng)力)而變化,因之,只能取流動曲線上某一點的t與γ之比值。這個流動曲線上某一點的t與γ之比值η即謂之表觀粘度。
(1).塑性流體。當(dāng)一種流體受到外力作用后并不立即開始流動,而當(dāng)作用力大到一定程度(臨界值)時才開始流動,這樣的流體就叫塑性流體。它的流動形式就叫塑性流動。
假設(shè)在流體的流動發(fā)生前所需的最小剪切應(yīng)力為t。,而總的剪切應(yīng)力為t。則t-t。后的剪切應(yīng)力,就是產(chǎn)生和保持流體流動的力了。
在塑性流動中,剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系在塑性破壞后是線性的,圖中的線也是根直線,它交于剪切應(yīng)力軸上的屈服值(即開始流動所需的最小剪切應(yīng)力-使流體開始流動所需的最小剪切應(yīng)力叫屈服值)點處,直線的斜率與塑性粘度有關(guān)。
在克服屈服值t。以后才能流動的流體是塑性流體的特性。
典型的塑性流體的流變曲線,可以認(rèn)為是由兩部分組成的:(a)當(dāng)剪切應(yīng)力大到克服屈服值以后的一段錢為不通過原點的曲線(即塞流區(qū)部分);(b)當(dāng)剪切應(yīng)力繼續(xù)增加,大到一定程度后,則其線段為一直線或接近直線(即塞流區(qū)以上部分)。
表現(xiàn)有塑性流動的流體也叫平亨(Bingham)流體。
絕大部分的油墨和油漆都是塑性流動的典型例子。
(2).假塑性流體。如果一種流體在給力后可發(fā)生流動,但剪切應(yīng)力與剪切速率不成正比,一般是剪切速率增加的比例比剪切應(yīng)力多,線段是凸向剪切應(yīng)力軸的光滑曲線,這種流體叫假塑性流體-或叫剪切變稀流體。
假塑流是雜型流的分類,它與在中等至較高剪切速率時的塑性流體的情況相似,與在低剪切速率付的牛頓流體的情況相似。
一般地說,這種流體在受到攪動或剪切時,能很好地流動,但流體結(jié)構(gòu)一經(jīng)破壞就不會再恢復(fù),也就是說這種現(xiàn)象是不可逆的。
蒸煮過的淀粉糊,纖維類溶液,乳液以及其它許多高聚物的溶液,都屬于這類流體。
有不少油墨也具有假塑性流體的特性。
(3).膨脹性流體。如果一種流體在受到剪切時會增加它的流動阻力,即剪切應(yīng)力增加時表觀粘度上升,一般是剪切速率增加的比例比剪切應(yīng)力少,線段是凹向剪切應(yīng)力軸的光滑曲線,這種流體叫膨脹性流體-或叫剪切變稠流體。
膨脹性流體可看作是假塑性流體的相反情況。
膨脹性流體必須滿足兩個條件:(a)分散相的濃度必須大;(b)分散相中的顆粒必須是分散的,而不是絮凝的。
當(dāng)流體中的顆粒不能很快地移動開而趨向“堆聚”在一起,從而形成堅硬的結(jié)構(gòu),此時就發(fā)生脹流現(xiàn)象。
這種脹流現(xiàn)象,在家庭中揉面團時經(jīng)常可以觀察到:即揉揉它就變得硬一些,放一放又變軟了。高含量的懸浮固體解絮疑顆粒分散體,如45—50%的未經(jīng)蒸煮的淀粉漿等屬于這個范疇。
可以設(shè)想,當(dāng)油墨中的固體組分(顏料、填料等)含量很高時就易于發(fā)生脹流現(xiàn)象。這種性質(zhì)對膠、鉛印油墨來說是不利的,因為這兩種印刷法的印刷速度都比較快,極易受到很高的剪切,而脹流就不能使油墨良好地分配。
一些基墨(以顏料及部分連結(jié)料制造的比較稠厚的油墨半成品)和稠厚的雕刻凹版油墨有時像膨脹性流體,脹流對雕刻凹版油墨的擦版性能可能是有利的。金屬油墨也有此種現(xiàn)象。 來源: 卓創(chuàng)資訊化工網(wǎng)