流变学的基本概念2
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Rheology(流变学基础)
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律， 实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶 胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀 体系的流动。把这种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛 不遵循牛顿粘度定律的物质称为 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 非牛顿流动。 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D和剪切应力S的变化规律，经 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律， 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀 形流动、触变流动。 形流动、触变流动。 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
对于这种粘弹性， 对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 麦克斯韦尔（Maxwell） （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 福格特（Voigt） （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
胀性液体的流动公式： 胀性液体的流动公式： /η D= Sn /ηa n<1，为胀性流体； n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。 接近1 流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 液体流动速度较大，当切应速度逐渐增加时， 液体流动速度较大，当切应速度逐渐增加时，液体流动速度 逐渐减小，液体对流动的阻力增加，表观粘度增加， 逐渐减小，液体对流动的阻力增加，表观粘度增加，流动曲 线向上弯曲。 线向上弯曲。 • 在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固体微粒的高 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。 50%淀粉混悬剂 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。
2流变学
重力：w
d 3
6 d 3 浮力：F r浆 6 摩擦力：f d 2 s 100d r岩 r浆 6
r岩
要悬浮住固体颗粒 f w F 则： s
五、视粘度和剪切稀释性
1．表观粘度（Apparent Viscosity）（AV） • (1) 定义：某一流速梯度下的剪切应力与相应的流 速梯度的比值，即
k：稠度系数 n:流性指数
1 2
（1）能适应低速和中等时 （1）对高剪速的情况 情况，准确 不能真实反映 （2）调节n、k方便 （2）现场计算复杂
1 2
1
2
卡森
：卡森视粘度
dv 2 2 dx
1
（1）利用 可影响钻速 （2）利用 可看出悬浮岩 （1）计算复杂 c （2）单位换算麻烦 屑能力
dv dx A dv dx B dv dx C tg A
A B C
C B
tg B
C B A
tg C
A
泥浆的表观粘度随速 梯的增大而降低，这 种特性称为液体的 “剪切稀释性”。
1 2
D1 D2
由 c 0.511 得 s
0.5111 2 Pa s D2 D1
• API规定在
s
300转
分
和600转
分两大速梯下测定
s、 0 值。
0.511600 300 1000 1022 511
600 300
2
r1
r r2
dr M 3 2hd r r2 2 dr 两边积分 M 3 2hd r1 0 r 2 2 M r2 r1 得 2 4hr r2 1
d 3
6 d 3 浮力：F r浆 6 摩擦力：f d 2 s 100d r岩 r浆 6
r岩
要悬浮住固体颗粒 f w F 则： s
五、视粘度和剪切稀释性
1．表观粘度（Apparent Viscosity）（AV） • (1) 定义：某一流速梯度下的剪切应力与相应的流 速梯度的比值，即
k：稠度系数 n:流性指数
1 2
（1）能适应低速和中等时 （1）对高剪速的情况 情况，准确 不能真实反映 （2）调节n、k方便 （2）现场计算复杂
1 2
1
2
卡森
：卡森视粘度
dv 2 2 dx
1
（1）利用 可影响钻速 （2）利用 可看出悬浮岩 （1）计算复杂 c （2）单位换算麻烦 屑能力
dv dx A dv dx B dv dx C tg A
A B C
C B
tg B
C B A
tg C
A
泥浆的表观粘度随速 梯的增大而降低，这 种特性称为液体的 “剪切稀释性”。
1 2
D1 D2
由 c 0.511 得 s
0.5111 2 Pa s D2 D1
• API规定在
s
300转
分
和600转
分两大速梯下测定
s、 0 值。
0.511600 300 1000 1022 511
600 300
2
r1
r r2
dr M 3 2hd r r2 2 dr 两边积分 M 3 2hd r1 0 r 2 2 M r2 r1 得 2 4hr r2 1
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。
第2章流变学的基本概念
在变形很小的情况下，接近1。
=1+
=-1=(a’-a)/a=(b’-b)/b=(c’-
c)/c
1
是边长变化量与原始长度之比。>0， 试样膨胀；<0，试样被压缩。
体积的变化分数(V/V)， V是原始 体积， V是体积的变化量。
V/ V = 3-1=(1+ )3-1=3+32+ 3
第2章 流变学的基本概念
1. 应变(Strain) 1.1 各向同性的压缩和膨胀
在各向同性压缩和膨胀中，任何形状 的试样都变为几何形状相似但尺寸较大的 试样。
以一个立方柱体为例： 起始各边长为a,b,c;膨胀后各边长分 别为a’,b’,c’(如图2-1)。
y
x
z
图 2-1 各向同性膨胀
a’=a =a’/a b’=b =b’/b c’=c =c’/c 1, 试样膨胀；1,试样被压缩； 称为伸缩比； 3则可表示体积的变化。
设n是与分隔面垂直而且方向是向外的 一个单位矢量，这种各向同性的应力可表示
为:
tn=-np
式中：p为压力。各向同性的应力也叫静压 力。
讨论一个无限小的体积单元在x轴上的 力。作用在右侧面上的力fxr为:
fxl=-nrPA
图 2-8 各向同性压缩时力的平衡
式中，nr为单位矢量，方向与右侧面垂直。 作用在左侧面的力fxr为：
图 2-3 简单剪切实验
=w/l=tan 称为剪切应变。如应变很小，可近似认为
= 对液体而言：
d / dt
2. 应力(Stress) 单位面积上所受的力称之为应力。
t=df/ds 由于力是均匀的，应力可表示为t=f/s。
3. 应力的分量表示法和应力张量
混凝土流变学的原理及应用
混凝土流变学的原理及应用一、引言混凝土是建筑工程中最常用的材料之一，其性质的研究对于工程质量和经济效益具有重要的影响。
混凝土流变学是研究混凝土变形和破坏规律的学科，其原理和应用对于混凝土工程的设计、施工、检测和维护都具有重要的意义。
二、混凝土流变学的基本概念1. 流变学基本概念流变学是研究物质变形和流动规律的科学，其中包括弹性、塑性和粘弹性等性质。
物质的流变性质是由其内部分子结构和组成决定的，不同的物质具有不同的流变性质。
2. 混凝土流变学基本概念混凝土是一种复杂的非均质材料，其基本成分包括水泥、砂、石子、水和添加剂等。
混凝土的流变性质主要包括弹性、塑性和粘弹性等，其中弹性是指在受力后能够恢复原状的能力，塑性是指在受力后能够发生不可逆变形的能力，粘弹性是指同时具有弹性和塑性的性质。
三、混凝土的基本物理性质1. 混凝土的组成和结构混凝土的基本成分包括水泥、砂、石子、水和添加剂等。
水泥是混凝土的胶凝材料，砂和石子是混凝土的骨料，水是混凝土的润滑剂，添加剂是为了改善混凝土的性能而添加的材料。
混凝土的结构是由水泥胶凝体和骨料相互交织形成的。
2. 混凝土的物理性质混凝土的物理性质主要包括密度、吸水性、渗透性、热膨胀系数和导热系数等。
混凝土的密度是指单位体积混凝土的质量，吸水性是指混凝土能够吸收水分的能力，渗透性是指混凝土内部的孔隙结构对水的渗透性能，热膨胀系数是指混凝土在温度变化时的线膨胀系数，导热系数是指混凝土的导热能力。
四、混凝土流变学的原理1. 混凝土的变形机理混凝土的变形机理主要包括微观结构的变化和宏观应力的变化。
混凝土内部的骨料和水泥胶凝体的结构是非常复杂的，其形态、大小、形状和分布均对混凝土的流变性能产生影响。
当混凝土受到外部力的作用时，其内部会产生应力，在应力的作用下，混凝土内部的孔隙结构会发生变化，从而导致混凝土的变形行为。
2. 混凝土的力学模型混凝土的流变性质可以通过力学模型来描述。
常用的混凝土力学模型包括弹性模型、塑性模型和粘弹性模型等。
流变学
第十四章 流变学基础
第一节
概述
一,流变学的基本概念 (一)流变学研究内容
流变学 流变学(rheology)系指研究物体变形和流动的科 系指研究物体变形和流动的科 年由Bengham和Crawford提出. 提出. 学,1929年由 年由 和 提出 物体的二重性:物体在外力作用下可观察到变 物体的二重性: 形和流动现象. 流变性: 形和流动现象. 流变性:物体在外力作用下表 现出来的变形性和流动性. 现出来的变形性和流动性. 流动是液体和气体的主要性质之一,流动的难 流动是液体和气体的主要性质之一, 易程度与流体本身的粘性有关, 易程度与流体本身的粘性有关,因此流动可视 为一种非可逆性变形过程. 为一种非可逆性变形过程.
流变学在药学中应用
液体
a. 混合
半固体
皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 与液体能够混合的 固体量 从基质中药物的释放
固体
压片或填充胶囊时 粉体的流动 粉末状或颗粒状 固体充填性
制备工艺
装量的生产能力
b. 由剪切引起的 分散系粒子的粉碎 c. 容器中的液体 的流出和流入 d. 通过管道输送 液体的制剂过程 e. 分散体系的物理 稳定性
(二)剪切应力和剪切速度 剪切应力与剪切速度是表征体系流变性 质的两个基本参数. 质的两个基本参数. 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 或称剪切速度 剪切速度. 或称剪切速度.速度梯度的产生是由于 流动阻力的存在, 流动阻力的存在,流动较慢的液层阻滞 流动较快液层的运动. 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 在单位液层面积( 力,在单位液层面积(A)上所需施加 剪切应力, 的这种力称为剪切应力 简称剪切力. 的这种力称为剪切应力,简称剪切力.
第一节
概述
一,流变学的基本概念 (一)流变学研究内容
流变学 流变学(rheology)系指研究物体变形和流动的科 系指研究物体变形和流动的科 年由Bengham和Crawford提出. 提出. 学,1929年由 年由 和 提出 物体的二重性:物体在外力作用下可观察到变 物体的二重性: 形和流动现象. 流变性: 形和流动现象. 流变性:物体在外力作用下表 现出来的变形性和流动性. 现出来的变形性和流动性. 流动是液体和气体的主要性质之一,流动的难 流动是液体和气体的主要性质之一, 易程度与流体本身的粘性有关, 易程度与流体本身的粘性有关,因此流动可视 为一种非可逆性变形过程. 为一种非可逆性变形过程.
流变学在药学中应用
液体
a. 混合
半固体
皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 与液体能够混合的 固体量 从基质中药物的释放
固体
压片或填充胶囊时 粉体的流动 粉末状或颗粒状 固体充填性
制备工艺
装量的生产能力
b. 由剪切引起的 分散系粒子的粉碎 c. 容器中的液体 的流出和流入 d. 通过管道输送 液体的制剂过程 e. 分散体系的物理 稳定性
(二)剪切应力和剪切速度 剪切应力与剪切速度是表征体系流变性 质的两个基本参数. 质的两个基本参数. 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 流体的层流速度不同,形成速度梯度, 或称剪切速度 剪切速度. 或称剪切速度.速度梯度的产生是由于 流动阻力的存在, 流动阻力的存在,流动较慢的液层阻滞 流动较快液层的运动. 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 在单位液层面积( 力,在单位液层面积(A)上所需施加 剪切应力, 的这种力称为剪切应力 简称剪切力. 的这种力称为剪切应力,简称剪切力.
血液流变学与血流动力学
血液流变学与血流动力学
1 血液流变学的基本概念
血液流变学是研究血液流动特性的学科，主要研究血液的流变学
参数，如黏度、流态、变形和聚集性等。
血液流变学的研究有助于揭
示疾病的发生机制、临床诊断和治疗方法的探索等方面，是现代医学
研究中的重要分支之一。
2 血液黏度的影响因素
血液黏度是血液对内摩擦的阻力，是血液流动特性的一个基本指标。
血液黏度与血液流变学参数具有密切的联系，是血流动力学的重
要参数之一。
影响血液黏度的主要因素包括血细胞浓度、血细胞形态、血浆蛋白含量和温度等。
3 血流动力学的基本概念
血流动力学是研究血液在血管内的流动特性，包括血液的流速、
压力、阻力和流量等参数。
血流动力学的研究有助于了解血液循环机制、心血管疾病的诊断和治疗等方面，是现代医学研究中的重要分支
之一。
4 血流动力学的影响因素
影响血流动力学的因素很多，主要包括心脏泵功能、血管阻力、
血管容量和血液黏度等。
其中，心脏泵功能是最重要的因素之一，决
定着血液的流量、压力和速度等参数。
血管阻力则是因血管壁阻力和
血液黏滞阻力所致，对血液流动的阻碍作用较大。
5 血液流变学和血流动力学在疾病中的应用
血液流变学和血流动力学的应用非常广泛，可以用于心血管疾病、血液病、肿瘤等疾病的诊断和治疗。
例如，在冠心病患者中测定血液
黏度可以发现高黏度血症，进而对疾病的预后和治疗效果进行判断。
另外，在肿瘤患者中测定血液流变学参数可以了解肿瘤的侵袭性和危
险性等指标。
因此，血液流变学和血流动力学的研究在医学领域中具
有重要的作用。
第七章 流变学基础
塑性流体、假塑性流体、胀性流体、假黏性流体中多数具
有触变性。
流变学在药剂学中的应用
流变学在药学研究中的重要意义在于可以应用流变学理 论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组成 以及制备、质量控制等进行评价。
下的粘度。
根据公式得知牛顿液体的切变速度D与切变应力S 之间如下图所示，呈直线关系且直线经过原点。
(a)牛顿流动
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、混悬剂、软膏以及固-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D和剪切应力S的变化规律，经 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀 形流动、触变流动。
对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
（一）塑性流体 塑性流动的流动曲线：曲线不经过原点，在横轴 S 轴上 的某处有交点，得屈服值（yield value）或降伏值。 当切变应力增加至屈伏值时，液体开始流动，切变速度 D和切变应力S呈直线关系。液体的这种性质称为塑性流动 。引起液体流动的最低剪切应力为屈服值S0：
（二）假塑性液体
当作用在物体上的剪切应力大于某一值(S0) 时物体开始流动，表观黏度随着剪切应力 的增大而减小，这种流体称~ 特点：具有屈服值(S0) ，剪切应力超过S0 值时才开始流动。 剪切稀化 如MC、CMC等大多数高高分子溶液
（三）胀性流体
胀性流动曲线曲线经过原点，且随着切变应力的增大其粘 性也随之增大，表现为向上突起的曲线称为胀性流动曲线（ dilatant flow curve）。 胀性流体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
第二章 流变学的基本概念
1. 简单实验
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，即应力、 应变与坐标及其方向无关。
1.1 应变
1.1.1 各向同性的压缩和膨胀
y
c
x
b` b a c` a` 各向同性膨胀
z
a`=aα b`=bα c`=c α α-伸缩比
1
a`a b`b c`c 1 a b c 1
变化规律。
log
A t B a C
A：t 随 ↑ 而↑,
支化聚合物。如支化PE
B：t 与 无关: 聚合度低的线性高物:POM、PA-66 C：t 随 ↑而↓,
logŕ
高聚合度PP
拉伸流动中会发生链缠结, 拉伸黏度降低, 同时链伸展并沿 流动方向取向,分子间相互作用增加,流动阻力增加,伸展黏 度变大.拉伸黏度取决于这两个因素哪一个占优势.
t df / ds
df 为作用在表面上无限小面积ds上的力。在简单 实验中由于力是均匀的。 应力——材料单位面积受到的表面力作用
t f /s
1.2.1 应力的分量表示法和应力张量
应力的性质：应力的大小；方向；作用面。 应力的分量第1个下标表示作用面，第2个下 标表示应力的方向。 作用力的方向与作用面垂直，被称为应力的 法向分量, txx、 tyy 、 tzz。 作用力的方向与作用面平行，被称为应力的 切向分量，txy、 tyx 、 tzx、txz、tzy、tyz。
微晶的存在 起到交联的 作用
结晶性线形聚合物的拉伸模量与温度的关系 其形状与无定型聚合物类似，其区别是坪台区较宽，
且平台处的模量较高.
3.5 模量的分子量依赖性
低温时粘弹性主要决定于大分 子链的小链段的运动，而与大 分子链本身的尺寸基本上无关 。在高温时的粘弹性则涉及到 较大链段的复杂运动，以解开 缠绕并最后大分子链间相互滑 移 ，所以分子量对拉伸模量的 影响主要在高弹态和粘流态
药剂学 第十四章 流变学基础
（二）剪切应力与剪切速度
力
粘度(viscosity):它表示物质 在流动时内摩擦力的大小
为使液层能维持一定的速度流动,必须施加一个 与阻力相等的反方向力,在单位液层面积上所施
加的这种力称为剪切应力S(shearing force):
简称切力.单位为N.m-2 Shear stress is the stress component parallel to a given surface, such as a fault plane, that results from forces applied parallel to the surface or from remote forces transmitted through the surrounding rock.
运动粘度:即液体的动力粘度与同温度下该流体密度ρ之 比。用小写字母v表示。
旋转粘度计的类型很多，包括 同轴双筒旋转粘度计、单筒旋 转粘度计、锥板粘度计、转子 型旋转粘度计，可以根据实际 需要来选择不同类型的粘度计。
圆锥平板粘度计
針入度
在指定温度和外力下滑
脂被插入的深度叫“针 入 度”。
“针入度”越大则表明
力轴相交一点fB
使塑性体开始流动所需加的临界切应力即为屈服值 （yield value)
(二) 假塑性流体(pseudo plastic flow)
体系没有屈服值,流变曲线经过原点, 黏度随切 速增加而减少.显示这种流动性质的流体即为假 塑性流体. 从流动曲线某一特定点切线斜率的倒数求得的
黏度称为表观黏度(happ).表观黏度一定要标明
（二）流变学在乳剂中的应用
▪ 乳剂在制备和使用过程中经常会受到各种剪 切力的影响，大部分乳剂表现为非牛顿流动。
液体流体力学中的流变学分析
液体流体力学中的流变学分析引言液体流体力学是研究液体在外界力作用下的运动规律和性质的学科。
而流变学则是液体流体力学中的一个重要分支，研究的是液体的变形行为和流动性质。
本文将对液体流体力学中的流变学进行分析和探讨。
流变学的基本概念和原理流变学的定义流变学是研究物质的流动特性及其与应力之间的关系的科学。
它研究的是物质在外界力的作用下的变形和流动行为。
流变学的基本物理量在流变学中，有一些基本的物理量用于描述物质的流动特性和变形行为。
其中包括：1.应力（Stress）：物质在受力作用下的单位面积内的力。
2.应变（Strain）：物质变形程度的度量，描述了物体的形状和尺寸的变化。
3.本构关系（Constitutive relation）：描述物质应力和应变之间的关系的方程式。
流变学的分类根据物质的流变特性和变形行为，流变学可以分为以下几类：1.弹性流变学：研究物质在小应力下的弹性变形行为。
2.非弹性流变学：研究物质在较大应力下的可逆性和不可逆性变形行为。
3.粘弹性流变学：研究物质同时具有弹性和粘性特性的变形行为。
4.塑性流变学：研究物质在较大应力下的塑性变形行为。
流变学实验与测试方法流变学实验和测试方法是研究流体力学中流变性质的重要手段。
以下是一些常见的流变学实验和测试方法：常规流变学实验常规流变学实验是最常用的流变学实验方法，主要包括以下几个步骤： 1. 准备样品：选择合适的测试样品，通常是液体或者胶状物质。
2. 测试装置准备：选择合适的流变仪器，如旋转型流变仪、剪切型流变仪等。
3. 测试参数设置：设置合适的测试参数，如剪切速率、压力等。
4. 实施实验：按照设定的测试参数对样品进行测试，记录实验数据。
5. 数据分析：根据实验数据进行流变性质分析，如绘制剪切应力-剪切速率曲线等。
动态流变学实验动态流变学实验是用于研究物质在动态条件下的流变行为的方法。
它可以研究物质的粘弹性和动态力学性质。
常见的动态流变学实验包括： 1. 动态剪切实验：通过在物质中施加周期性的剪切外力，研究物质的动态应变和应力响应。
第二章 流变学基本概念
剪切应变变形
应变 =
位移 间隙
剪切应变通常简称为应变 应变没有单位。因此人们采用 ‘% strain’ 或 ‘millistrain’ 采用应变的原因是它与几何形状无关
剪切应力
施加在单位面积上的力称为剪切应力
力 面积
=
N m2
1 N/m2 = 1 Pa
粘性流动
如果立方体是粘性液体，当我们施加一个力时，我们就 得到一个恒定的流动而不是一个形变 这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系
第三不变量:
2.4本构方程
本构方程又称流变状态方程，是联系应力张量和应变张量或应变 速率张量之间的关系方程，而联系的系数通常是材料常数，如粘 度、模量等. 从理论上讲：建立流体的本构方程是流变学最重要的任务，是将 计算方法引入流变学的关键。寻找合适的本构方程至今仍然是流 变学领域研究的一个热点。 从工程上讲：它是高分子加工过程复杂流动问题的工程分析基础。
单元表面作用力
图2-4中δS 是截面积，δF是作用力，v为法向单位矢量。P点应力σ的定义
2.3.1 应力张量
力：F 三个相互垂直面 力分解：F1， F2， F3 引入微元面和dS
得应力：T1，T2，T3
符号说明：
Txx 、 Tyy 、 Tzz 它们分别垂直于 x 、 y 、 z 轴垂直 的平面上称为法向应力分量。 Txy 、 Tyz 、 Txz 、 Tzx 、 Tyz 、 Tzy 均为某一平面上 平行的切应力方向， 第一个下标表示该分量作
Force, F
Constant velocity, v化速率称为剪切应变速率 （shear strain rate）或剪切速率（SHEAR RATE ）
第二章 流变学基本概念
H
剪切应变变形
在上端面施加一个力，该力就产生一个形变 Force, F
剪切应变变形
在上端面施加一个力，该力就产生一个形变 Force, F
剪切应变变形
在上端面施加一个力，该力就产生一个形变 Force, F
剪切应变变形
在上端面施加一个力，该力就产生一个形变 du Force, F
h
（剪切应变）Shear Strain = du / h
可将应力张量T分解为两部分，一是和.流体的形变有关 的动力学应力τ ，也称为偏应力张量，另一部分是张量 的各向同性部分。那么应力张量T可以写为:
当i=j时，应力分量就是法向应力，其他分量叫做剪切应力。
拉伸实验
各向同性的压缩 Tn=-nP
式中，P为压力，它是正的，所以在式前加上负号，表示Tn的方向与n相 反，是内向的。流体静止时内部的接触力就属于这种性质，所以各向同 性的应力有时也称作流体静压力(hydrostatic stress)。面体被流体包 围并处于平衡时其内部的应力也是各向同性的。
2.1 流体变形的基本类型
流体变形的分类：
原边长：l, m, n
拉伸和单向膨胀
各向同性的压缩和膨胀 简单剪切和简单剪切流
拉伸后：l‘, m’, n‘
l‘=λl m’ =μλ
n‘=μn
λ为伸长比
V/V0=λμ2 V:流体元变形后体积 V0：初始体积
简单剪切和简单剪切流
剪切应变变形
想象一个放置在固定面上的类似橡胶状材料的立方体
换句话说，在y面上施加一个剪切应力 Tyx时，必定随之施加一个作用于x面上 的大小相同的剪切应力Txy，才能使试样 保持平衡。因此，在简单剪切实验中， 应力张为:
2.3.2 应变张量
流变学基础
第十四章
流变学基础
§14-1
一、流变学的基本概念
1、流变学的研究内容
概述
流变学主要是研究物质的变形和流动的 一门科学。
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。
பைடு நூலகம்
引起变形的作用力F，除以力作用的面积A 称为应力（stress，S），S=F/A。
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。 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。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。
S=F/A=ηD
或
D=S/η
根据公式得知牛顿流体的剪切速度D与 剪切应力S之间呈直线关系，且直线经过原 点。
这时直线斜率的倒数表示粘度，粘度与 剪切速度无关。 只要温度一定，粘度就一定。
（二）非牛顿流动
流体的粘度随着切变速度的变化而变化， 出现这些偏差的流体称为非牛顿流体，如乳 剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液、软膏 剂以及固-液的不均匀体系均属此类。
3、胀性流动 与假塑性流动相反，流动曲线经过原点， 且随着剪切应力的增加其粘性也随之增大，表 现为向上突起的曲线称为胀性流动曲线。
（三）触变流动
对有些制剂，如普鲁卡因、青霉素注射 液或某种软膏剂进行搅拌时，粘度下降，流 体易于流动；但放置一段时间后，又恢复原 来的粘性。
这种随着剪切应力增大，粘度下降，剪切 应力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复到 原来状态的现象称为触变性（thixlotropy）。
2、剪切应力与剪切速度 用剪刀剪一薄片，在断开前的变形称为剪 切。推一叠扑克牌时，边缘出现剪切变形。 假设流体是由无限薄的液层组成，当一应 力作用于顶层时，任何液体都有一种对抗改变 其形状的力量，当液体相邻两层间作相对运动 时所产生的内摩擦力即粘度，换言之粘度系指 流体对流动的阻抗能力。
流变学基础
§14-1
一、流变学的基本概念
1、流变学的研究内容
概述
流变学主要是研究物质的变形和流动的 一门科学。
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。
பைடு நூலகம்
引起变形的作用力F，除以力作用的面积A 称为应力（stress，S），S=F/A。
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。 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。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。
S=F/A=ηD
或
D=S/η
根据公式得知牛顿流体的剪切速度D与 剪切应力S之间呈直线关系，且直线经过原 点。
这时直线斜率的倒数表示粘度，粘度与 剪切速度无关。 只要温度一定，粘度就一定。
（二）非牛顿流动
流体的粘度随着切变速度的变化而变化， 出现这些偏差的流体称为非牛顿流体，如乳 剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液、软膏 剂以及固-液的不均匀体系均属此类。
3、胀性流动 与假塑性流动相反，流动曲线经过原点， 且随着剪切应力的增加其粘性也随之增大，表 现为向上突起的曲线称为胀性流动曲线。
（三）触变流动
对有些制剂，如普鲁卡因、青霉素注射 液或某种软膏剂进行搅拌时，粘度下降，流 体易于流动；但放置一段时间后，又恢复原 来的粘性。
这种随着剪切应力增大，粘度下降，剪切 应力消除后粘度在等温条件下缓慢地恢复到 原来状态的现象称为触变性（thixlotropy）。
2、剪切应力与剪切速度 用剪刀剪一薄片，在断开前的变形称为剪 切。推一叠扑克牌时，边缘出现剪切变形。 假设流体是由无限薄的液层组成，当一应 力作用于顶层时，任何液体都有一种对抗改变 其形状的力量，当液体相邻两层间作相对运动 时所产生的内摩擦力即粘度，换言之粘度系指 流体对流动的阻抗能力。
第二章 流变学的基本概念2
(9) 触变性和震凝性
触变性（thixotropic）和震凝性（rheopectic）指在等温条件下，某 些液体的流动粘度随外力作用时间的长短发生变化的性质。粘度变 小的称触变性，变大的称震凝性，或称反触变性。
触变性: 一些高分子胶冻/高浓度的聚合 物溶液/一些填充高分子体系如炭黑混炼橡 胶。可怕的沼泽地也可归于触变性流体。 震凝性: 适当调和的淀粉糊/工业用混凝 土浆/某些相容性差的高分子填充体系等。
ω
ω
法向 应力
牛顿流体
非牛顿流体
粘弹性体的这种爬杆效应就称为 “爬杆效应”或Weissenberg效应 或“包轴效应”
Weissenberg效应产生的原因：高分子液体是一种具有弹性的液体，当在 外力作用下旋转流动时，具有弹性的大分子链会沿着圆周方向取向和形变 拉伸，从而产生一种朝向轴心的压力（法向应力），迫使液体沿棒爬升。
(8) 湍流减阻效应
在高速的管道湍流中，若加入少许高分子物质，如聚氧化 乙烯（PEOX），聚丙烯酰胺（PAAm），则管道阻力将大 为减少，又称Toms效应。 机理目前尚不完全清楚，但肯定与高分子长链柔性分子的 拉伸特性有关。具有弹性的大分子链的取向改变管流内部 的湍流结构，使流动阻力大大减少。 石油开采、输运、抽水灌溉、循环水等工农业生产中具有 重要意义。
第二章 流变学的基本概念2 高分子材料典型流变学行为
高分子流变学
研究高分子材料的流动与变形
高分子材料典型的流变学行为
(1) 魏森贝格效应 (Weissenberg )
1944年Weissenberg在英国伦敦帝国学院，公 开表演了一个有趣的实验：在一只有黏弹性流 体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验 杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面 将呈凹形；而对于黏弹性流体(非牛顿流体)， 却向杯中心流动，并沿杆向上爬，液面变成凸 形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观 察到这一现象。
0202-1第二章 第二节1流变学概念及基础知识
实验流变学： 实验流变学： 采用多种流变仪，比如毛细管流变仪来测量在不同剪切 应力作用下，流体粘度、流速等的变化，再进行分析，从中 得出该物质的模量、分子量等重要性质。也可以通过流变仪 模拟流体在注射等成型过程中所受的应力和流体的变形，使 得流变学成为研究高分子加工过程所必需的内容。 理论流变学： 理论流变学： 通过实验数据提出符合此类物质的物理背景，将其与 普适的数学模型相结合，通过数学计算描述流体运动。对 纯弹性物体，可用胡克定律来描述，即应力与应变成正比。 但现实中存在不符合胡克定律的塑性变形。特别对高分子， 具有粘弹性性质，情况更加复杂。其数学模型主要借助于 19 连续介质力学。
14
第二章 第二节 二、流变学基础知识
1.流变学分支领域划分
1）按照研究内容的差异进行划分： ）按照研究内容的差异进行划分： • 结构流变学： 结构流变学： 结构特征------流变行为特征 • 加工流变学： 加工流变学： 流变行为特征------成型加工条件
15
第二章 第二节 二、流变学基础知识
8
什么是流变学？ 第二章 第二节 一、什么是流变学？
2. 流变现象的普遍性
流变现象的粘弹特征
9
什么是流变学？ 第二章 第二节 一、什么是流变学？
3. 流变现象基于空间结构基础上的时间尺度特征
例子1：水面上散步？ 水面上散步？ 一般而言，一个人很难在水面上自由行走，但我们 的教授说，这在理论上是可以的，并且不必借助特别的 工具，只要……
参考答案： 参考答案： 只要水分子的运动和人的步法相比足够慢， 即水的流变足够缓慢，或者人的步法相比水分 子的运动足够快，以使人在水面上走过之后仍 然没有显著的形变？（小分子运动） 例子2：“水面上跑马，马路上淹死人！” 水面上跑马，马路上淹死人！
14
第二章 第二节 二、流变学基础知识
1.流变学分支领域划分
1）按照研究内容的差异进行划分： ）按照研究内容的差异进行划分： • 结构流变学： 结构流变学： 结构特征------流变行为特征 • 加工流变学： 加工流变学： 流变行为特征------成型加工条件
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第二章 第二节 二、流变学基础知识
8
什么是流变学？ 第二章 第二节 一、什么是流变学？
2. 流变现象的普遍性
流变现象的粘弹特征
9
什么是流变学？ 第二章 第二节 一、什么是流变学？
3. 流变现象基于空间结构基础上的时间尺度特征
例子1：水面上散步？ 水面上散步？ 一般而言，一个人很难在水面上自由行走，但我们 的教授说，这在理论上是可以的，并且不必借助特别的 工具，只要……
参考答案： 参考答案： 只要水分子的运动和人的步法相比足够慢， 即水的流变足够缓慢，或者人的步法相比水分 子的运动足够快，以使人在水面上走过之后仍 然没有显著的形变？（小分子运动） 例子2：“水面上跑马，马路上淹死人！” 水面上跑马，马路上淹死人！
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利用包轴现象可以设计出一种 圆盘挤出机，熔融的物料从加 料口加入，在 旋转流动中沿轴 爬升，而后从轴心处的排料口 排除 ，如左图所示。其优点在 于，制造方便。性能稳定，可 以用作 橡胶加工螺杆挤出机 的 喂料装置，可以提高混合效果 和基础挤出稳定性 。
(2) 剪切变稀现象 (shear thinning)
椭圆管道
锥形口模
? 牛顿流体旋转时的次级流动是离心力造 成的。
? 高分子液体的次级流动方向往往与牛顿 型流体相反，是由粘弹力和惯性力综合 形成的。这种反常的次级流动在流道与 模具设计中十分重要。
(7) 孔压误差和弯流压差
测量流体内压力时， 若压力传感器端面安 装得低于流道壁面， 形成凹槽，则测得的 高分子液体的内压力 将低于压力传感器端 ? 面安装得与流道壁面 相平时测得的压力， 如下图中有ph ? p，这 ? 种压力测量误差称孔 压误差。
牛顿流体
非牛顿流体
法向应力Biblioteka 出口收缩出口胀大挤出胀大现象
?挤出胀大现象产生的原因：其产生的原因也被归结为高分子熔体具有
弹性记忆能力所致，当高分子流体被迫挤出时即想恢复它原来的状态，从而
出现胀大。 当熔体进入口模时，收到强烈的拉伸和剪切形变，其中 拉伸形变属弹性形变，这些形变在口模中只有部分得到松弛，剩余 部分在挤出口模后发生弹性恢复，从而出现挤出胀大现象。
?实验表明，高分子浓溶液和熔体都具有这种性 质，因而能产生稳定的 连续拉伸形变，具有良好 的纺丝和成膜能力。
(6) 各种次级流动
研究表明，高分子液体 在均匀压力梯度下通过 非圆形管道流动时，往 往在主要的纯轴向流动 上，附加出现局部区域 性的环流，称为次级流 动，或二次流动，在通 过截面有变化的流道时 ，有时也发生类似的现 象，甚至更复杂的还有 三次，四次流动。
孔压误差
其产生原因被认为在凹槽附近，流线发生弯曲 ，但法向应力差效应有使流线伸直的作用，于 是产生背向凹槽的力。 高分子液体流经一个弯型流道时，液体对流道 内侧壁和外侧壁的压力，也会因法向应力差效 应而产生差异。通常内侧壁所受的压力较大。
(8) 湍流减阻效应
? 在高速的管道湍流中，若加入少许高分子物质，如聚氧化 乙烯（ PEOX ），聚丙烯酰胺（ PAAm ），则管道阻力将大 为减少，又称 Toms 效应。
通常把具有“剪切变 稀”效应的流体称为 假塑性流体，把具有 “剪切变稠”效应的 流体称为胀流性流体。
(3) 挤出胀大现象
高分子熔体在加工过程中从口模处挤出时，或用毛细管流变仪、熔体指 数仪进行粘度测量时，出口直径一般要大于流道的直径，有时可能要大 于3-4倍。当材料处于高弹态时，挤出胀大更为明显，这一现象就称之 为挤出胀大现象或口型膨胀效应。
?挤出胀大现象影响到挤出制品的质量，对挤出成型工艺及挤出口 模和机头设计至关重要
(4) 不稳定流动和熔体破裂现象
高分子熔体从口模挤出时，当挤 出速率（或应力）过高，超过某 一临界剪切速率（或临界剪切应 σc），就容易出现 弹性湍流 ，导 致流动不稳定，挤出物表面粗糙。 随着挤出速率的增大，可能先后 出现 波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、 螺旋形畸变 ，最后导致完全无规 则的挤出物断裂，称之为 熔体破 裂现象。
粘弹性体的这种爬杆效应就称为 “爬杆效应”或Weissenberg 效应 或“包轴效应”
Weissenberg 效应产生的原因： 高分子液体是一种具有弹性的液体，当在 外力作用下旋转流动时，具有 弹性的大分子链 会沿着圆周方向 取向和形变 拉伸，从而产生一种 朝向轴心的压力 （法向应力），迫使液体沿棒爬升。
短管
牛顿型液体 （甘油水溶液）
非牛顿型液体
ηP0 = ηN0
（聚丙烯酰胺水溶液）
同时流尽
ηP0 = ηN0
长管
牛顿型液体 （甘油水溶液）
非牛顿型液体
ηP0 = ηN0
（聚丙烯酰胺水溶液）
高分子溶 液首先流尽
高分子溶液在重力作用下发生“剪切变稀”效应
剪切变稀现象产生的原因：
另外有一些高分子液 体，如高浓度的聚氯 乙烯塑料溶胶，在流 动过程中表现出粘度 随剪切速率增大而升 高的反常现象，称 “剪切变稠”效应。
波浪形 鲨鱼皮形
竹节形 螺旋形 不规则破碎形
熔体破裂现象影响着高分子材料加工的质量和产率的提高（受 临界剪切速率的影响）
(5)无管虹吸、拉伸流动和可纺性
?对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。
?对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体 系， 当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流
出，这种现象称无管虹吸效应 。
牛顿流体
非牛顿流体
无管侧吸效应：将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若使烧杯的位置部
分回复，以致杯中平衡液面低于烧杯边缘，但是高分子液体仍能沿壁 爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流光为止。
无管侧吸效应
?这些现象都与高分子液体的 弹性行为 有关，这 种液体的弹性性质使之容易产生拉伸流动，而且 拉伸液流的自由表面相当稳定。
? 机理目前尚不完全清楚，但肯定与高分子长链柔性分子的 拉伸特性有关。具有弹性的大分子链的取向改变管流内部 的湍流结构，使流动阻力大大减少。
? 石油开采、输运、抽水灌溉、循环水等工农业生产中具有 重要意义。
(9) 触变性和震凝性
触变性（ thixotropic ）和震凝性（ rheopectic ）指在 等温条件下，某 些液体的流动粘度随外力作用时间的长短发生变化的性质 。粘度变 小的称触变性，变大的称震凝性，或称反触变性。
第二章 流变学的基本概念 2 高分子材料典型流变学行为
高分子流变学 研究高分子材料的流动与变形
高分子材料典型的流变学行为
(1) 魏森贝格效应 (Weissenberg )
ω
牛顿流体
ω
法向 应力
非牛顿流体
1944年Weissenberg 在英国伦敦帝国学院，公 开表演了一个有趣的实验：在一只有黏弹性流 体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验 杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面 将呈凹形；而对于黏弹性流体(非牛顿流体)， 却向杯中心流动，并沿杆向上爬， 液面变成凸 形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观 察到这一现象。
(2) 剪切变稀现象 (shear thinning)
椭圆管道
锥形口模
? 牛顿流体旋转时的次级流动是离心力造 成的。
? 高分子液体的次级流动方向往往与牛顿 型流体相反，是由粘弹力和惯性力综合 形成的。这种反常的次级流动在流道与 模具设计中十分重要。
(7) 孔压误差和弯流压差
测量流体内压力时， 若压力传感器端面安 装得低于流道壁面， 形成凹槽，则测得的 高分子液体的内压力 将低于压力传感器端 ? 面安装得与流道壁面 相平时测得的压力， 如下图中有ph ? p，这 ? 种压力测量误差称孔 压误差。
牛顿流体
非牛顿流体
法向应力Biblioteka 出口收缩出口胀大挤出胀大现象
?挤出胀大现象产生的原因：其产生的原因也被归结为高分子熔体具有
弹性记忆能力所致，当高分子流体被迫挤出时即想恢复它原来的状态，从而
出现胀大。 当熔体进入口模时，收到强烈的拉伸和剪切形变，其中 拉伸形变属弹性形变，这些形变在口模中只有部分得到松弛，剩余 部分在挤出口模后发生弹性恢复，从而出现挤出胀大现象。
?实验表明，高分子浓溶液和熔体都具有这种性 质，因而能产生稳定的 连续拉伸形变，具有良好 的纺丝和成膜能力。
(6) 各种次级流动
研究表明，高分子液体 在均匀压力梯度下通过 非圆形管道流动时，往 往在主要的纯轴向流动 上，附加出现局部区域 性的环流，称为次级流 动，或二次流动，在通 过截面有变化的流道时 ，有时也发生类似的现 象，甚至更复杂的还有 三次，四次流动。
孔压误差
其产生原因被认为在凹槽附近，流线发生弯曲 ，但法向应力差效应有使流线伸直的作用，于 是产生背向凹槽的力。 高分子液体流经一个弯型流道时，液体对流道 内侧壁和外侧壁的压力，也会因法向应力差效 应而产生差异。通常内侧壁所受的压力较大。
(8) 湍流减阻效应
? 在高速的管道湍流中，若加入少许高分子物质，如聚氧化 乙烯（ PEOX ），聚丙烯酰胺（ PAAm ），则管道阻力将大 为减少，又称 Toms 效应。
通常把具有“剪切变 稀”效应的流体称为 假塑性流体，把具有 “剪切变稠”效应的 流体称为胀流性流体。
(3) 挤出胀大现象
高分子熔体在加工过程中从口模处挤出时，或用毛细管流变仪、熔体指 数仪进行粘度测量时，出口直径一般要大于流道的直径，有时可能要大 于3-4倍。当材料处于高弹态时，挤出胀大更为明显，这一现象就称之 为挤出胀大现象或口型膨胀效应。
?挤出胀大现象影响到挤出制品的质量，对挤出成型工艺及挤出口 模和机头设计至关重要
(4) 不稳定流动和熔体破裂现象
高分子熔体从口模挤出时，当挤 出速率（或应力）过高，超过某 一临界剪切速率（或临界剪切应 σc），就容易出现 弹性湍流 ，导 致流动不稳定，挤出物表面粗糙。 随着挤出速率的增大，可能先后 出现 波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、 螺旋形畸变 ，最后导致完全无规 则的挤出物断裂，称之为 熔体破 裂现象。
粘弹性体的这种爬杆效应就称为 “爬杆效应”或Weissenberg 效应 或“包轴效应”
Weissenberg 效应产生的原因： 高分子液体是一种具有弹性的液体，当在 外力作用下旋转流动时，具有 弹性的大分子链 会沿着圆周方向 取向和形变 拉伸，从而产生一种 朝向轴心的压力 （法向应力），迫使液体沿棒爬升。
短管
牛顿型液体 （甘油水溶液）
非牛顿型液体
ηP0 = ηN0
（聚丙烯酰胺水溶液）
同时流尽
ηP0 = ηN0
长管
牛顿型液体 （甘油水溶液）
非牛顿型液体
ηP0 = ηN0
（聚丙烯酰胺水溶液）
高分子溶 液首先流尽
高分子溶液在重力作用下发生“剪切变稀”效应
剪切变稀现象产生的原因：
另外有一些高分子液 体，如高浓度的聚氯 乙烯塑料溶胶，在流 动过程中表现出粘度 随剪切速率增大而升 高的反常现象，称 “剪切变稠”效应。
波浪形 鲨鱼皮形
竹节形 螺旋形 不规则破碎形
熔体破裂现象影响着高分子材料加工的质量和产率的提高（受 临界剪切速率的影响）
(5)无管虹吸、拉伸流动和可纺性
?对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。
?对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在水中的微凝胶体 系， 当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流
出，这种现象称无管虹吸效应 。
牛顿流体
非牛顿流体
无管侧吸效应：将一杯高分子溶液侧向倾倒流出，若使烧杯的位置部
分回复，以致杯中平衡液面低于烧杯边缘，但是高分子液体仍能沿壁 爬行，继续维持流出烧杯，直至杯中的液体全部流光为止。
无管侧吸效应
?这些现象都与高分子液体的 弹性行为 有关，这 种液体的弹性性质使之容易产生拉伸流动，而且 拉伸液流的自由表面相当稳定。
? 机理目前尚不完全清楚，但肯定与高分子长链柔性分子的 拉伸特性有关。具有弹性的大分子链的取向改变管流内部 的湍流结构，使流动阻力大大减少。
? 石油开采、输运、抽水灌溉、循环水等工农业生产中具有 重要意义。
(9) 触变性和震凝性
触变性（ thixotropic ）和震凝性（ rheopectic ）指在 等温条件下，某 些液体的流动粘度随外力作用时间的长短发生变化的性质 。粘度变 小的称触变性，变大的称震凝性，或称反触变性。
第二章 流变学的基本概念 2 高分子材料典型流变学行为
高分子流变学 研究高分子材料的流动与变形
高分子材料典型的流变学行为
(1) 魏森贝格效应 (Weissenberg )
ω
牛顿流体
ω
法向 应力
非牛顿流体
1944年Weissenberg 在英国伦敦帝国学院，公 开表演了一个有趣的实验：在一只有黏弹性流 体（非牛顿流体的一种）的烧杯里，旋转实验 杆。对于牛顿流体，由于离心力的作用，液面 将呈凹形；而对于黏弹性流体(非牛顿流体)， 却向杯中心流动，并沿杆向上爬， 液面变成凸 形，甚至在实验杆旋转速度很低时，也可以观 察到这一现象。