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剪切变稀是由于材料粘度下降引起的,其实粘度的本质就是分子链间的缠结和相互作用力,这些缠结和作用力抵抗外界力的形变。对于刚性较大分子,分子缠结程度差,主要依靠相互间作用力来维系粘度,一旦相互间滑移,分子间作用力破坏掉,粘度立即显著下降,带来切力变稀现象,而对于形状不对称的分子,均方旋转半径较小,相对来说缠结程度较弱,一旦施加剪切力,就如同带支链的分子结构,产生更敏感的剪切变稀。
分子链刚性较大和大分子形状不对称的聚合物其粘流活化能较大,粘-温敏感性大,这类材料在加工时通常可以采取升温的办法来降低粘度;而大分子对称或柔性的聚合物粘流活化能小,粘-温敏感性小,这类材料如橡胶通常不能采取升温来解决加工问题,而通常采取塑炼的方法来降低分子量。而通常粘-温敏感性小的聚合物也易于加工,因为即使设备温度有一定变化,材料流动性也不怎么变化,易于操作控制,比如天然橡胶的加工性要好于丁苯橡胶。
液体有牛顿液体和非牛顿液体之分。牛顿液体的粘度只和温度有关,随温度升高而降低。非牛顿液体的粘度除了与温度有关外,还与剪切速率、时间有关,并有剪切变稀或剪切变稠的变化。纯液体和低分子物质的溶液属于牛顿液体;而大多数液体,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都是非牛顿液体。
触变性:物体(如涂料)受到剪切时,稠度变小,停止剪切时,稠度又增加或受到剪切时,稠度变大,停止剪切时,稠度又变小的性质.即,一触即变的性质。
亦称摇变。是凝胶体在振荡、压迫等机械力的作用下发生的可逆的溶胶现象。它是由弗罗因德利希(H.M.F.Freundlich 1928)发现的。细长的颗粒靠弱的化学键连结形成网状结构,很容易被外力破坏。据谓眼虫的核等细胞内的结构就具有触变性。肌肉收缩性蛋白的F肌动蛋白也显示这种性质。
同时应了解其他相近的概念:
非牛顿流体包括剪切变稠型(胀流型)、剪切变稀型、假塑型、塑性型、触变型以及震凝型流体等。剪切变稠型:粘度随流速梯度增大而增大,这是因为当颗粒浓度很高并接近最紧密排列时,两层间的相对运动将使颗粒偏离最紧密排列,体积有所增加,需消耗额外能量。或者因为当流速增加而使颗粒动能增高时,可能越过能垒Eb 到达第一极小 Em1 而发生絮凝,使粘度增大。
剪切变稀型:粘度随流速梯度增大而减小。这是因为在h 较大时,位能曲线上有一个第二极小 Em2,它将导致颗粒间形成较弱的絮凝,而流速增大时将破坏这种絮凝使粘度减小。也可能因为颗粒为棒状或片状,静止时颗粒运动受阻,当受到剪切时,颗粒因形成队列而粘度
减小。
假塑型:粘度随流速梯度增大而减小,它的剪切变稀的性质更为突出。
塑性型:该类流体由于絮凝很强而形成网络结构,其特点是存在屈服应力τB ,τ <τB 时流体仅发生弹性形变。当τ >τB 时,网络破坏并开始流动,剪切应力随流速梯度而变化。
触变型:在剪切作用下可由粘稠状态变为流动性较大的状态,而剪切作用取消后,要滞后一段时间才恢复到原来状态。这是由于絮凝网络经剪切破坏后,重新形成网络需要一定时间。
震凝型:该流体能在剪切作用下变稠。剪切取消后,也要滞后一段时间才恢复变稀。 |
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