流变学基础PPT课件
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流变学基础 第一部分 流变学基础
简单实验特点：
材料是均匀的，各向同性的，而材料被施加
的应力及发生的应变也是均匀和各向同性的。
简单实验：
各向同性的压缩与膨胀，拉伸和单向压缩，
简单剪切和简单剪切流动
1 应变（Strain）
1.1 各向同性的压缩和膨胀 1.2 拉伸和单向压缩 1.3 简单剪切和简单剪切流动
1.1 各向同性的压缩和膨胀
第一部分 流变学基础
第一章 流变学的基本概念
第一节高分子液体的奇异流变现象 第二节 基本概念 1 应变 2 应力 3 粘度与牛顿定律
第一章 流变学的基本概念
第一节 高分子液体的奇异流变现象
引入：高分子液体(熔体和溶液)在外力或 外力矩作用下，表现出既非胡克弹性体， 又非牛顿粘流体的奇异流变性质。它们 既能流动，又有形变，既表现出反常的 粘性行为，又表现出有趣的弹性行为。
图8 与流变时间相关的非牛顿流体的流变图
第二节 基本概念
引入：
变形 流动 应力~应变 应力~应变速率
定义应力、应 变、应变速率
注意：
实际材料发生的变形和受力情况是复杂的，要找 出其应力~应变之间的关系十分困难。因此，在流变学 中采用一些理想化的实验——简单实验。
简单实验
（Simple experiment）
高分子液体的奇异流变现象
其力学响应十分复杂，而且这些响应还 与体系内外诸多因素相关，主要的因素 包括高分子材料的结构、形态、组分； 环境温度、压力及外部作用力的性质(剪 切力或拉伸力)、大小及作用速率等。下 面简单介绍几种著名的高分子特征流变 现象。
高粘度与“剪切变稀”行为
1、现象：例：牛顿液体（N）：水、甘 油；高分子溶液（P）：聚丙烯酰胺的水 溶液分别从深浅不同的两对管中流出的 现象。
材料是均匀的，各向同性的，而材料被施加
的应力及发生的应变也是均匀和各向同性的。
简单实验：
各向同性的压缩与膨胀，拉伸和单向压缩，
简单剪切和简单剪切流动
1 应变（Strain）
1.1 各向同性的压缩和膨胀 1.2 拉伸和单向压缩 1.3 简单剪切和简单剪切流动
1.1 各向同性的压缩和膨胀
第一部分 流变学基础
第一章 流变学的基本概念
第一节高分子液体的奇异流变现象 第二节 基本概念 1 应变 2 应力 3 粘度与牛顿定律
第一章 流变学的基本概念
第一节 高分子液体的奇异流变现象
引入：高分子液体(熔体和溶液)在外力或 外力矩作用下，表现出既非胡克弹性体， 又非牛顿粘流体的奇异流变性质。它们 既能流动，又有形变，既表现出反常的 粘性行为，又表现出有趣的弹性行为。
图8 与流变时间相关的非牛顿流体的流变图
第二节 基本概念
引入：
变形 流动 应力~应变 应力~应变速率
定义应力、应 变、应变速率
注意：
实际材料发生的变形和受力情况是复杂的，要找 出其应力~应变之间的关系十分困难。因此，在流变学 中采用一些理想化的实验——简单实验。
简单实验
（Simple experiment）
高分子液体的奇异流变现象
其力学响应十分复杂，而且这些响应还 与体系内外诸多因素相关，主要的因素 包括高分子材料的结构、形态、组分； 环境温度、压力及外部作用力的性质(剪 切力或拉伸力)、大小及作用速率等。下 面简单介绍几种著名的高分子特征流变 现象。
高粘度与“剪切变稀”行为
1、现象：例：牛顿液体（N）：水、甘 油；高分子溶液（P）：聚丙烯酰胺的水 溶液分别从深浅不同的两对管中流出的 现象。
流变学基础及应用ppt课件
Process
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
流变学基础ppt正式完整版
➢ 由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固 体恢复原状，这种性质称为弹性。
➢ 把这种可逆性变形称为弹性变形，而非可逆性变形称为 塑性变形。
➢ 流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本
身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。流动也视为一 种非可逆性变形过程。
➢ 实际上，某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性 （粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行 定量解析的学问称为流变学。
η——塑性粘度；σ0——屈伏值、致流值或降伏值，单位为dyne·㎝-2。
流动主要表示液体和气体的性质。 液体的这种性质称为塑性流动。 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 流变学——为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 假塑性流动的特点：没屈伏值； 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 在单位液层面积（A）上施加的使各液层间产生相对运动的外力称为剪切应力，简称剪切力，单位为N/m2，以S表示。 剪切速度，单位为S-1，以D表示。 粘度系数除以密度ρ得的值ν（ν =η/ρ）为动力粘度（SI单位为㎡/S）。 此时在单位面积上存在的内力称为应力（Stress）（如橡胶）。 也就是说，与同一个σ值进行比较，曲线下降时粘度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立即恢复原状，而是存在一种时间 差。 （汽车的排队和运动模式）。
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶液 、胶体溶液、乳剂以及固-液的不均匀体系的流动。把这 种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛顿流体，这种物质 的流动现象称为非牛顿流动。
非牛顿流体的剪切速度和剪切应力的变化规律，经作图 后可得三种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、触变流 动。
《流变学基础》课件
应变：物体受到外 力作用时，形状或 尺寸发生的变化
应变速率：物体应 变的速度，通常用 单位时间内应变的 变化量来表示
应力、应变和应变速 率是流变学的基本概 念，它们之间的关系 是流变学研究的核心 内容
屈服点：材料在受 到外力作用下，开 始发生塑性变形时 的应力值
屈服应力：材料在 屈服点时的应力值
研究方向：多 学科交叉融合， 如生物流变学、 环境流变学等
技术挑战：提 高测量精度、 开发新型流变
仪等
应用领域：拓 展到更多工程 领域，如航空 航天、生物医
学等
理论创新：建 立更完善的流 变学理论体系， 解决复杂流变
问题
汇报人：
流变学中的本构方程是描述材料在应力作用下的变形和流动的基本方程。 本构方程可以分为线性本构方程和非线性本构方程。 线性本构方程是最简单的本构方程，它假设材料的变形和流动是线性的。 非线性本构方程则考虑了材料的非线性变形和流动特性。
PART FIVE
流变仪：用于测量流体的流变 特性
旋转流变仪：用于测量流体的 剪切应力和剪切速率
温度升高，流变特性增强 压力增大，流变特性减弱 温度和压力共同作用，影响流变特性 实验和测量技术：需要精确控制温度和压力，以获得准确的流变特性数据
流变特性：材料在应力作用下的变形和流动特性
微观结构：材料的内部结构，包括原子、分子、晶格等
机理：流变特性的物理和化学机制，如分子间的相互作用、晶格变形等
玻璃材料：具有透明、易加工、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、光学等领域
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用：研究材料的变形、断裂、蠕变等行为，为材料的设 计和加工提供理论依据
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用实例：陶瓷材料的烧结工艺、玻璃材料的成型工艺等
流变学PPT课件
1
流变学（Rheology ）的定义
• 流变学是研究物质形变和流动的科学流变学是研究流动与 变形的科学 。对于粉末冶金、塑料、油漆、印刷油墨、 清洁剂、石油等行业的科技人员来说，拥有流变学知识是 十分必要的。从物质状态来说，流变学的研究对象包括固 体、流体和悬浮体。因此流变学又可分为固体流变学、流 体流变学和悬浮体流变学。在工业生产与日常生活中，对 流体流变学的研究远远超过固体
16
•
由于高分子量和液晶相序的有机结合，液晶高分子具有一些优异
特性，拥有广泛的应用前景。例如，它是强度和模量最高的高分子，
能用于制造防弹衣、缆绳乃至航天器的大型结构部件；它可以是膨胀
系数最小的高分子，适于光纤的保护层；也可以是微波吸收系数最小
的耐热性高分子，特别适合制造微波炉具；它还可以是最具铁电性及
调。磁流变液的优良特性使其在航空航天（真空中）、
武器控制、机器人、噪声以及汽车、船舶与液压工程等领 域具有广阔的应用前景。
20
21
3
流体及其分类
• 流体是液体和气体的总称。流体是由大量的、不断作热运 动而且无固定平衡位置的分子构成的，它的基本特征是没 有一定的形状和具有流动性。通常依据在一定的温度和一 定的剪切应力作用下流体所表现出的特性，把其划分为牛 顿流体与非牛顿流体两大类。这个特性就是粘度，粘度是 表示体系对流动阻力的一种性质，它可以理解为液体流动 时表现出的内摩擦。以下，我们仅研究非牛顿流体
在许多疾病临床症状出现之前就可以观察到血液流变特性的改变因此及时了解血液流变特性的变化采取有效措施改善血液流变特性是预防和治疗疾病防止疾病恶化的重要手段之一正常情况下血液在外力血压的作用下在血管内流动并随着血管性状管壁情况和血管形状等及血液成分粘度的变化而变维持正常的血液循环
流变学（Rheology ）的定义
• 流变学是研究物质形变和流动的科学流变学是研究流动与 变形的科学 。对于粉末冶金、塑料、油漆、印刷油墨、 清洁剂、石油等行业的科技人员来说，拥有流变学知识是 十分必要的。从物质状态来说，流变学的研究对象包括固 体、流体和悬浮体。因此流变学又可分为固体流变学、流 体流变学和悬浮体流变学。在工业生产与日常生活中，对 流体流变学的研究远远超过固体
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•
由于高分子量和液晶相序的有机结合，液晶高分子具有一些优异
特性，拥有广泛的应用前景。例如，它是强度和模量最高的高分子，
能用于制造防弹衣、缆绳乃至航天器的大型结构部件；它可以是膨胀
系数最小的高分子，适于光纤的保护层；也可以是微波吸收系数最小
的耐热性高分子，特别适合制造微波炉具；它还可以是最具铁电性及
调。磁流变液的优良特性使其在航空航天（真空中）、
武器控制、机器人、噪声以及汽车、船舶与液压工程等领 域具有广阔的应用前景。
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3
流体及其分类
• 流体是液体和气体的总称。流体是由大量的、不断作热运 动而且无固定平衡位置的分子构成的，它的基本特征是没 有一定的形状和具有流动性。通常依据在一定的温度和一 定的剪切应力作用下流体所表现出的特性，把其划分为牛 顿流体与非牛顿流体两大类。这个特性就是粘度，粘度是 表示体系对流动阻力的一种性质，它可以理解为液体流动 时表现出的内摩擦。以下，我们仅研究非牛顿流体
在许多疾病临床症状出现之前就可以观察到血液流变特性的改变因此及时了解血液流变特性的变化采取有效措施改善血液流变特性是预防和治疗疾病防止疾病恶化的重要手段之一正常情况下血液在外力血压的作用下在血管内流动并随着血管性状管壁情况和血管形状等及血液成分粘度的变化而变维持正常的血液循环
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当剪切应力大于屈服值时液体开始流动，而发生塑 性变形，此时D与S呈直线关系，η为定值；
10
4)其流动公式为D=(S－S0)/ η· 2020年9月28日
塑性流体的结构变化示意图
11
2020年9月28日
11
二、非牛顿流动
2.假塑性流动（pseudoplastic flow）
1)随剪切应力的增大，η下降； 2)曲线通过原点为准塑性流动； 3)其流动公式为D=Sn/ ηa
蠕变性(creep)：对物质附加一定的重量时， 表现为一定的伸展性或形变，而且随时间发生 变化，此现象称为蠕变性。
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2020年9月28日
第十四章:流变学基础
第三节 蠕变性质的测定方法
落球 黏度
计
旋转 黏度
计
圆锥平 板黏度
计
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2020年9月28日
蠕变性质的测定方法
20
2020年9月28日
20
是存在一定的时间差）·
3)原因：····
16
2020年9月28日
三、粘弹性与蠕变性
黏弹性(viscoelasticity)：高分子物质或分散 体系，具有黏性(viscosity)和弹性(elasticity) 双重特性，这种性质称为黏弹性. ·
应力缓和(stress relaxation)：物质被施加一 定的压力而变形，并使其保持一定变形时，应 力随时间而减少，此现象称为应力缓和。
D=dv/dy
剪切应力（S）：使液层产生相对
运动需施加外力，在单位面积上
4
所需施加的这种力称剪切应力。 2020年9月28日
4
5
2020年9月28日
第十四章:流变学基础
第二节 流变性质
分类
1牛顿流动
2非牛顿流动
1) 塑 性 流 动
2) 假 塑 性 流 动
3) 胀 性 流 动
3触变流动
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2020年9月28日
汇报人：XXX 汇报日期：20XX年10月10日
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2020年9月28日
胀性流体的结构变化示意图
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2020年9月28日
三、触变流动
触变流动：
1)随着剪切应力变大，黏度下降，剪切应力消除
后黏度在等温条件下缓慢地恢复到原来状态，
此现象称为触变性；
2)曲线为环状滞后曲线（施加应力使流体产生流
动，流体的黏度下降，流动性增加，而停止流
动时，并不因应力的减少而立即恢复原状，而
A-牛顿流体； B-塑性流体； C-假塑性流体；D-胀性流体； E-触变性流体.
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2020年9月28日
第十四章:流变学基础
一、牛顿流动
牛顿黏度定律：在层流条件下的剪切应力与剪切速度成正比
流动方程：D=S/η
特点：1.它的切变速度与剪切应力之间是通过原点的直线关系；
2.斜率为1/η，所以温度一定时，其黏度η是一个常数，
与D 无关，即黏度只是温度的函数(反比)。
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2020年9月28日
第十四章:流变学基础
二、 非牛顿流动
大多数液体不是牛顿流动。切变速度与切变应力
之间不是通过原点的直线关系，温度一定时黏度不是
常数。非牛顿液体按流动曲线性质不同，分为三种。
黏度曲线(viscosity curve)或流动曲线(flow
curve):把切变速度D随剪切应力S而变化的规律绘制成
（一）研究内容
1.变形：弹性变形：可逆变形 塑性变形：非可逆变形
2.流动：液体和气体的性质之一
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（二）剪切速度与剪切应力
液体受应力作用变形，即流动， 是不可逆过程。
粘性(viscosity)是液体内部所在的 阻碍液体流动的摩擦力，称内摩 擦。
D为剪切速度(rate of shear), 各液 层的速度不同而产生的速度梯度
n是指数， n>1,它越大非牛顿性越大 ηa ：表观黏度 4)原因：随S增大，分子长轴按流动方向有序排列·
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2020年9月28日
假塑性流体的结构变化示意图
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二、非牛顿流动
3.胀性流动：
1)曲线通过原点； 2)随S增大，η增大。有切变稠化现象，所
以剪切应力大流动性差；
3)其流动公式为D=Sn/ ηa 其中n＜1; 4)原因··
的曲线。
流动方程式(rheological equation):表示流动曲线
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形状的数学关系式。 2020年9月28日
二、非牛顿流动
1.塑性流动（plastic flow）
1)曲线不经过原点；
2)在横轴剪切应力S轴上有一交点(S1)；
3)存在屈服值（S0，引起塑性液体流动的最低剪切应力）
当剪切应力小于屈服值时液体在剪切应力作用下不 流动,而表现为弹性变形;
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本章主要内容：
一、流变学的基本概念 二、流变性质（流体类型、流变曲线及其特点） 三、蠕变性质的测定方法 四、流变学在药剂学中的应用
1
2020年9月28日
第十四章:流变学（rheology）基础 第一节 概述
流变性
物体在外力作用下所表现出的 变形与流动称为流变性
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第十四章:流变学基础
第四节 流变学在药剂学中的应用
流变学在药剂学中广泛应用，特别是在混悬剂、乳 剂、胶体溶液、软膏剂和栓剂中。
一、在混悬剂中的应用：例如：①具有触变性的助悬剂对混
悬剂的稳定性十分有利·②·使用混合助悬剂制得理想混
悬剂。
二、在乳剂中的应用：·
三、在半固体制剂中的应用：·
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2020年9月28日
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演讲完毕，谢谢观看！