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    【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(diǎn)(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(diǎn)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(dòng)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(dòng)，簡(jiǎn)單流動(dòng))。

    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(dòng)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(dòng)。

    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(diǎn)的一根直線。也就是說給力它就流動(dòng)，作用在流體上的力越大，則流體流動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(duì)流動(dòng)的同樣阻抗。它的對(duì)數(shù)剪切應(yīng)力與對(duì)數(shù)剪切速率是成正比的。其對(duì)數(shù)表觀粘度亦與對(duì)數(shù)剪切應(yīng)力或剪切速率成正比。   

    簡(jiǎn)單地說，由于在非牛頓流體中粘度系數(shù)η不再是一個(gè)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(dòng)曲線上某一點(diǎn)的t與γ之比值。這個(gè)流動(dòng)曲線上某一點(diǎn)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(dòng)，而當(dāng)作用力大到一定程度(臨界值)時(shí)才開始流動(dòng)，這樣的流體就叫塑性流體。它的流動(dòng)形式就叫塑性流動(dòng)。

    假設(shè)在流體的流動(dòng)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(dòng)的力了。

    在塑性流動(dòng)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(dòng)所需的最小剪切應(yīng)力－使流體開始流動(dòng)所需的最小剪切應(yīng)力叫屈服值)點(diǎn)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(dòng)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(diǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(shí)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(dòng)或剪切時(shí)，能很好地流動(dòng)，但流體結(jié)構(gòu)一經(jīng)破壞就不會(huì)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(shí)會(huì)增加它的流動(dòng)阻力，即剪切應(yīng)力增加時(shí)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(gè)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(dòng)開而趨向“堆聚”在一起，從而形成堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)，此時(shí)就發(fā)生脹流現(xiàn)象。

    這種脹流現(xiàn)象，在家庭中揉面團(tuán)時(shí)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(gè)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(shí)就易于發(fā)生脹流現(xiàn)象。這種性質(zhì)對(duì)膠、鉛印油墨來說是不利的，因?yàn)檫@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(shí)像膨脹性流體，脹流對(duì)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)