流变学简介
流变学概述方案范文
流变学概述方案范文流变学是研究物质应变和应力之间关系的学科，其研究对象是液体和固体的变形在力学上的表现。
流变学的研究有助于我们了解材料的力学特性以及其在实际应用中的行为。
本文将概述流变学的基本概念、应变应力关系、流变学的应用以及流变学的研究方法和实验设备。
流变学的基本概念：流变学研究的主要对象是物质在受力作用下发生的变形现象。
物质的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种情况。
弹性变形是指物质在受力作用下发生的可逆性变形，也就是物质在去除外力后能恢复到原始形态的变形。
而塑性变形则是指物质在受力作用下发生的不可逆性变形，去除外力后无法完全恢复到原始形态。
应变应力关系：在进行流变学研究时，我们需要了解物质的应变与应力之间的关系。
应变是指物质在受力作用下所发生的变形程度，可以分为线性应变和非线性应变。
线性应变是指物质在受力作用下的变形与受力大小成正比，而非线性应变则是指物质在受力作用下变形与受力大小不成正比。
应力是指物质在受外力作用下产生的内部分子力，可以分为剪切应力和正应力。
剪切应力是指在物质内部的平面上，垂直于该平面的单位面积上所受的力，而正应力则是指物质内部特定点沿垂直于该点的方向上的单位面积上所受的力。
流变学的应用：流变学在许多领域中有广泛的应用，例如制药、化妆品、食品加工、材料工程等。
对于这些领域的应用，流变学可以帮助我们了解物质的黏度、流动性、变形性等性质，从而指导实际生产和应用过程。
比如，在制药工业中，流变学可以帮助我们控制粘度，确保药品的质量和稳定性。
在食品加工领域，流变学可以帮助我们改善食品的质地和口感。
在材料工程领域，流变学可以帮助我们改善材料的加工过程，提高材料的性能。
流变学的研究方法和实验设备：流变学的研究方法用于测量和分析物质的流变行为。
常见的流变学实验方法和设备包括旋转式流变仪、振荡式流变仪、剪切式流变仪等。
旋转式流变仪通过旋转圆盘或圆柱体来测量物质的黏度和流动性。
振荡式流变仪则通过振荡电机来模拟物质的变形情况。
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。
流变学简介.
流动公式：D=Sn/a
D
剪切力增大，
0 S
粘度下降， 液体变稀
没屈服值；过原点的凹形曲线
在制剂中表现为假塑性流动的剂型有：某些亲 水性链状高分子溶液及微粒分散体系处于絮凝
状态液体。
假塑性流体的结构变化示意图
a =Sn/D 产生原因：大分子或溶胶粒子本身结构是不对称 的，静止时有各种可能的取向，剪切力增大时，不 对称粒子逐渐将长轴转向流动方向排列，减小了对 流动的阻碍，表观粘度随之降低。剪切力越大，粒 子取向作用越完全，体系的表观粘度就越小
（二）假塑性流动（pseudoplastic flow）
假塑性流动的流动曲线随着 S 值的增大，粘 度下降的流动现象称为假塑性流动，其流动公 式如下所示：
D
S
n
a
(n>1)
切稀！越切越稀！
式中ηa ——表观粘度（apparent viscosity ）
如甲基纤维素、西黄蓍胶、海藻酸钠等链状高 分子的1%水溶液表现为假塑性流动，其原因是： 随着S值的增大，这些高分子的长轴按流动方向有 序排列，减少了对流动的阻力。
切力降低——下行线
滞后面积： 上行线和下形线不重合
S
环形曲线
衡量触变性大小的定量指标——滞后面积
D
S
产生触变的原因：对流体施加剪切力后，破坏
了液体内部的网状结构，当剪切力减小时，液 体又重新恢复原有结构，恢复过程所需时间较 长，因而触变流动曲线中上行线和下行线就不 重合
D
S
触变流动的特点：塑性流体、假塑性流体、
一、牛顿流动
D 为剪切速度
S 为剪切应力
曲线的特点：一条通过坐标原点的直线
S=F/A=D =S/ D
聚合物流变学(绪论)
❖ 加工流变学：属于宏观流变学，主要研究
与高分子材料加工工程有关的理论与技术 问题。
❖ 比如说，研究加工条件变化与材料流 动性质（主要指粘度、弹性）及产品力学 性质之间的关系，异常的流变现象如挤出 胀大、熔体破裂现象发生的规律、原因及 克服办法；高分子材料典型加工成型操作 单元（如挤出、吹塑、注射等过程的流变 学分析；多相高分子体系的流变性规律， 以及模具与机械设计中遇到的种种与材料 流动性质有关的问题等。）
32
主要内容：
挤出流变学 密炼流变学 塑炼流变学 压延流变学 注模流变学 吹塑流变学 熔体纺丝流变学
33
研究和学习流变学的意义
1）对高分子材料合成而言，流变学与高分子化学结合在一 起，流变性质通过与分子结构参数的联系成为控制合成产 物品质的重要参数。
2）对高分子材料成型加工而言，流变学与高分子物理学和 高分子材料成型工艺原理结合在一起，成为设计和控制材 料配方及加工工艺条件，以获取制品最佳的外观和内在质 量的重要手段。
图 1-8 孔压误差 21
牛顿型流体不存在孔压误差，无论压力传 感器端面安装得与流道壁面是否相平，测得 的压力值相等。高分子液体有孔压误差现象。
22
2 原因：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，使凹置的压力传感器测得的液体内压力 值小于平置时测得的值。在实施流变测量时，应 当注意这一效应。同样地，当高分子液体流经一 个弯形流道时，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。
10
11
二、Weussebberg效应
12
三、Barus效应
13
四、不稳定流动与熔体破裂
流变学
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.
流变学简介粘度牛顿非牛顿流体性质
流变学简介粘度牛顿非牛顿流体性质流变学简介粘度牛顿非牛顿流体性质0004.1流变学的介绍Webster’s Dictionary定义流变学为“材料的流动与形变的研究，其中包含弹性，黏度，和塑性。
”在这章中，我们定义黏度为“流体分子的吸引力所引起的内在摩擦力，此摩擦力会抵抗流体的流动。
”你的Brookfield黏度计测量此摩擦力，然后作为研究流变学的工具。
此章的目的是要使你了解不同形式的流动行为以及使用Brookfield黏度计作为研究流变行为的仪器以帮助你处理任何真实流体的分析。
这项信息对于黏度计的使用者提供相当的帮助，特别是对于以黏度测量作为理论和学术方面探讨的研究者而言。
4.2黏度黏度是测量流体内在摩擦力的所获得的数值。
当某一层流体的移动会受到另一层流体移动的影响时，此摩擦力显得极为重要。
摩擦力愈大，我们就必须施予更大的力量以造成流体的移动，此力量即称为“剪切（shear）”。
剪切发生的条件为当流体发生物理性地移动或分散，如倾倒、散布、喷雾、混合等等。
高黏度的流体比低黏度的材料需要更大的力量才能造成流体的流动。
牛顿以图4-1的模式来定义流体的黏度。
两不同平面但平行的流体，拥有相同的面积“A”，相隔距离“dx”，且以不同流速“V1”和“V2”往相同方向流动，牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度，即：F/A ＝ηdv/dx其中η与材料性质有关，我们称为“黏度”。
速度梯度，dv/dx，为测量中间层的相对速度，其描述出液体所受到的剪切，我们将它称为“剪速（shear rate）”，以S表示；其单位为时间倒数（sec-1）。
F/A项代表了单位面积下，剪切所造成的合力，称为“剪力（shear stress）”，以F代表；其单位为“达因每平方厘米（dyne/cm2）”。
使用这些符号，黏度计可以下列数学式定义：η＝黏度＝F/S＝剪力/剪速黏度的基本单位为“泊（poise）”。
我们定义一材料在剪力为1达因每平方厘米、剪速为1 sec-1下的黏度为100 poise。
Rheology(流变学基础)概述
三.粘弹性(Viscoelasticity)
➢ 高分子物质或分散体系具有粘性(viscosity)和弹性 (elasticity)双重特性，称之为粘弹性。
➢ 其原因主要是随着温度 的升高凡士林的蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，通常在温度发生 变化的条件下能够维持树 脂状结构。
剂型设计和制备工艺过程中流变学的主要应用领域
➢ 应力缓和(stress relaxation)：物质被施加一定的压力 而变形，并使其保持一定应力时，应力随时间而减少，此 现象称为应力缓和。
➢ 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，而且随时间变化，此现象称为蠕变性。
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：
➢ Mervine和Chase提出混悬剂在贮藏过程中切变速度小 ，显示较高的粘性，切变速度变大，显示较低的粘性。即 混悬剂在振摇、倒出及铺展时能否自由流动是形成理想的 混悬剂的最佳条件。
表现假塑性流动的西黄蓍胶、 海藻酸钠、羧甲基纤维素钠等 物质，具有上述性能。图中用 牛顿流体性质的甘油为对照组 进行实验，结果说明，甘油的 粘性作为悬浮粒子的助悬剂较 为理想。如果从容器中到出以 及在皮肤表面涂膜时其粘度较 高,由于甘油本身的稠度较大， 且吸湿性高，所以不经稀释则 无法使用。触变性物质在静置 状态下可形成凝胶，经振摇后 转变为液状。
基质。
（二）流变学在乳剂中的应用
➢ 乳剂在制备和使用过程中往往会受到各种切变力的影响 。在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主要由制剂 的流动性而定。例如，为了使皮肤科用的制剂或化妆品达 到其质量标准，必须调节和控制好制剂的伸展性。另外， 为了使皮肤注射用乳剂容易通过注射用针头，且容易从容 器中倒出以及使乳剂的特性适合于工业化生产工艺的需要 ，掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要。
流变学基础
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
图6无管虹吸效应
2、原因：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 拉伸液体的自由表面相当稳定。实验表明，高 分子浓溶液和熔体都具有这种性质，因而能够 产生稳定的连续拉伸形变，具有良好的纺丝和 成膜能力。
孔压误差和弯流压差
1、现象：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与流道壁面相平时 测得的压力，如图7中有Ph<P，这种压力 测量误差称孔压误差。
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。
第七章 流变学基础
a）牛顿型 b）胡克型。c）圣维南型
第三种类型在小于一定值的应力的作用下，物体呈现出完全刚性。但应力超过一定 值以后，物体极易流动。故其D－f 流型曲线为距原点一定距离的垂直线。这一引起 物体流动的最低应力称为流动极限值或称屈服值，这种物体称为理想塑性体或称圣 维南（St. Venen）型物体。简称S－流型。其机械模型可以用物体在底板上滑动来描 2 述，如图7－lc所示。
第七章 流变学基础
流变学（Rheology）是研究物质在外力作用下发生形变和流动的科学。它研究剪切 应力，切变速率以及时间三者之间的关系。 内容包括： 1）研究在外力作用下物体发生形变。通常作用力以剪切应力表示，形变则以切变速 率表示。 2）研究液体、胶体或悬浮液在外力作用下的流动。流动时所表现出来的一个重要性 质是粘度，因此讨论液体的粘度及其测定，悬浮液的粘度定律及其影响因素，以及 粘度与高聚物摩尔质量的关系。 7.1 流型 1、流型简介 流体，特别是胶体和悬浮液的流变行为一般都很复杂，不可能用一个简单的公式来 作统一的描述。 在研究流体的流变性时按照剪切应力 f 与切变速率 D 的关系，分成各种类型——流 型来进行讨论。 最基本的流型有三种，其他可以通过这三种基本形式组合得到。
流变学基础
时，挤出物尺寸d大于口模尺寸D，截面 形状也发生变化的现象。
图4 挤出胀大效应示意图
2 原因：高分子熔体具有弹性记忆能力
所致。熔体在进人口模时，受到强烈的 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 回复，出现挤出胀大现象。
Δ V/V ≈ 3
即体积的分数改变ΔV/V是边长的分数变化的三倍。
1.2 拉伸和单向压缩
对于矩形断面试样（l, b, c）拉伸后，拉伸方向上l 增
加，另两方向上收缩，边长变为l', b', c'
l991年，诺贝尔物理学奖得主，法国科学家de Gennes在研究高分子浓厚体系的非线性粘弹性 理论方面作出突出贡献，提出大分子链的蛇行
蠕动模型，合理处理了“缠结”(entanglement)
对高分子浓厚体系粘弹性的影响。
de Gennes 以“软物质”(soft matter)为题作
为其颁奖仪式的演讲题目，首次提出存人们熟 知的固体和液体之间，尚存在着一类”软物质” 的概念。
形变不可恢复并耗散掉部分能量。--牛顿定律 固体变形时，表现出弹性行为，其产生的弹性 形变在外力撤消时能够恢复，且产生形变时贮 存能量，形变恢复时还原能量，材料具有弹性 记忆效应。-----胡克定律
流动 变形
液体 固体
粘性 弹性
耗散能量 贮存能量
产生永久形变 形变可以恢复
无记忆效应 有记忆效应
牛顿定律 胡克定律
从字面上理解，软物质是指触模起来感 觉柔软的那类凝聚态物质。 严格些讲，软物质是指施加给物质瞬间 的或微弱的刺激，都能作出相当显著响 应和变化的那类凝聚态物质。
流体的流变学和流变性
流体的流变学和流变性流体的流变学是研究流体在外力作用下变形和流动行为的科学。
流变性描述了流体在受力时的响应特性，其对于工程学、材料科学、地质学和生物学等领域具有重要意义。
本文将介绍流体的流变学基础知识、流变性的分类与特征，以及流变学在不同领域的应用。
一、流体的流变学基础知识流体的流变学基础知识包括黏度、剪切应力、剪切速率等概念。
黏度是衡量流体内部黏滞阻力大小的物理量，它描述了流体的黏稠程度。
通常用希氏粘度（Pa·s）或毫希氏粘度（mPa·s）来表示。
剪切应力是指单位面积上的切应力，即流体在受力作用下沿垂直于受力方向发生的变形力。
用帕斯卡（Pa）来表示。
剪切速率是指流体内各层之间相对运动的速率，它是剪切应力引起的流体变形速率。
通常用秒的倒数（s-1）来表示。
二、流变性的分类与特征根据流体的流变性质，流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体是指其黏度对剪切应力的变化不敏感，黏度保持不变。
一般来说，水、气体等低粘度液体都是牛顿流体。
非牛顿流体则是指其黏度随剪切应力的变化而变化。
非牛顿流体的流变性质较为复杂，主要分为塑性流体、剪切稀化流体和剪切增稠流体等。
塑性流体是指在一定的剪切应力下才会发生塑性变形的流体，如面膜、牙膏等。
剪切稀化流体是指其黏度随剪切应力的增加而减小的流体，如可可粉、淀粉水等。
剪切增稠流体则是指其黏度随剪切应力的增加而增大的流体，如颜料、油漆等。
非牛顿流体常常表现出流变学特征，如屈服应力、流变模量、渗透率等。
这些特征能够帮助我们理解流体在不同应力下的行为，并且对于流体的使用和加工具有重要的指导作用。
三、流变学在不同领域的应用1. 工程学领域：流变学在工程学中的应用十分广泛。
例如，在涂料工业中，对涂料黏度和流动性的研究可以优化工艺流程和涂料性能。
再如在食品工业中，流变学可以帮助研究食品的质地、流动性和纹理，为新产品的开发提供指导。
2. 材料科学领域：流变学对材料的研究和评价也具有重要意义。
流变学简介
原理：在一定压力下，根据一定 容积的流体依靠压力差或自身的 质量，流过一定长度和半径的标 准毛细管所需的时间，计算出液 体的粘度。
乌氏粘度计比奥氏粘度 计多装了一个管，别且 在管连接处多加了一个 泡如此可使得测量管与 大气相连，从而使测量 管测量过程中压力保持 不变。可减少由液 面 变化引起的误差，提高 测量精度。
第
流变学在药剂学中的应用
流变学理论对乳剂、混悬剂、
半固体制剂等剂型设计、处方组成 以及制备、质量控制等研究具有重
要意义
（一）流变学在混悬剂中的应用
混悬剂静止状态时的剪切应力忽略不计，但振
摇后把制剂从容器中倒出时存在较大的剪切速
度
混悬剂在贮藏过程中若剪切速度小，则显示较
高的粘性；若剪切速度大，则显示较低的粘性
混悬剂在振摇、倒出及铺展时能自由流动是形
成理想的混悬剂的最佳条件
（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
在使用和制备条件下乳剂的特性是否适宜，主 要由制剂的流动性决定。体现在乳剂铺展性、
通过性、适应性等方面
掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要－
四、触变流动
触变流动特点：
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 是存在一定的时间差）。
D
切力增加——上行线
二、非牛顿流动
非牛顿流体(nonNewtonian fluid):不符合牛顿流动定律的
流变学蠕变
流变学蠕变摘要：1.流变学简介2.蠕变现象的定义和分类3.蠕变试验及其应用4.影响蠕变因素的分析5.蠕变控制方法探讨6.蠕变在工程领域的实例正文：一、流变学简介流变学是一门研究物质在应力作用下形变规律的学科。
它主要研究物质在不同应力下的形变特性，包括弹性、粘性和塑性等。
流变学在工程、地质、生物等领域具有广泛的应用。
二、蠕变现象的定义和分类蠕变是指材料在长时间内受到恒定应力作用而发生塑性变形的现象。
根据应力类型和变形特点，蠕变可以分为以下几类：1.应力蠕变：在恒定应力作用下的蠕变，如金属材料的蠕变。
2.应变蠕变：在恒定应变条件下的蠕变，如土壤和岩石的蠕变。
3.热蠕变：在温度变化引起的应力作用下的蠕变，如焊接结构的热蠕变。
4.腐蚀蠕变：在腐蚀环境下受力材料的蠕变，如钢铁结构的腐蚀蠕变。
三、蠕变试验及其应用蠕变试验是衡量材料蠕变性能的重要方法。
通过蠕变试验，可以评估材料的持久强度、耐疲劳性能和可靠性。
蠕变试验在材料科学研究、工程设计和实际应用中具有重要意义。
四、影响蠕变因素的分析1.材料性质：材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等性能指标对蠕变变形有重要影响。
2.应力水平：应力越大，蠕变变形越明显。
3.温度：温度对蠕变性能有显著影响，高温环境下材料的蠕变速度加快。
4.加载速率：加载速率越快，蠕变变形越小。
五、蠕变控制方法探讨1.合理设计材料：选用具有良好蠕变性能的材料，降低蠕变对结构的影响。
2.优化应力分布：合理分配结构中的应力，降低局部应力集中，减少蠕变损伤。
3.冷却措施：在高温环境下采用冷却措施，降低材料的蠕变速度。
4.改进加载方式：采用渐进式加载，减小加载速率对蠕变的影响。
六、蠕变在工程领域的实例1.桥梁和塔架结构：长期受荷载作用的桥梁和塔架结构，蠕变可能导致结构变形和裂缝。
2.核电站设备：核电站设备长时间在高温、高压环境下工作，蠕变可能导致设备损坏和事故。
3.石油管道：长距离输油、输气管道在内外压力作用下，蠕变可能导致管道变形和泄漏。
流变学
流变学是研究物质变形与流动的科学，实际物质在外力作用下怎样变形与流动，这是物质本身固有的性质，可以称其为物质的流变性(即物质在外力作用下变形与流动的性质)。
流变学就是研究物质流变性的科学。
流变学中有三种基本变形：简单拉伸、简单剪切和体积压缩与膨胀。
对一些简单的流变性质的描述也可用曲线形式表示，如剪切应力与剪切速率关系曲线、粘度随剪切速率变化曲线等，并称之为流变曲线。
流场是指液体的物理点（或微团）的物理量在给定空间内的分布。
典型流场是为简化运动微分方程而引入的简单流场，而且此简单流场在实际生产中又具有现实意义。
平行平板间的拖动流—简单剪切流场分散体系是指将物质(固态、液态或气态)分裂成或大或小的粒子，并将其分布在某种介质(固态、液态或气态)之中所形成的体系。
非均匀分散体系必须具备2个条件：①在体系内各单位空间所含物质的性质不同；②存在着分界的物理界面。
对非均匀分散体系，被分散的一相称为分散相或内相，把分散相分散于其中的一相称为分散介质，亦称外相或连续相对非牛顿流体，没有恒定的粘度概念，不同的剪切速率下有不同的表观粘度，这是非牛顿流体的一大特点触变性：在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，流体表观粘度随时间连续下降，并在剪切应力或剪切速率消除后，表观粘度随之恢复的现象，称为触变性。
反触变性流体：在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，流体表观粘度随时间而增加。
其性质正好与触变性相反。
触变性特征：(1)在静止条件下，流体结构发展增强(2)(3)结构的破坏和恢复是等温可逆的，但结构恢复往往要比构的破坏所需的时间长得多(4)在恒剪切速率作用下，流体流变性有如下表现：a)如果流体以前处于静止状态或经受较低的剪切速率剪切，那么，剪切应力将随时间而下降b)如果流体以前经受较高的剪切速率剪切，那么，剪切应力将随时间而增加。
c)不管流体以前经受的剪切条件如何，如果流体在恒定的剪切速率条件下剪切足够长的时间，剪切应力最终将达到一个与剪切速率相对应的动平衡值。
第14章 流变学基础
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—Rheology来源于希腊的Rheos=Sream（流动）词语，是Bingham和Crawford 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。
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（stress）。
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（elasticity）。
把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation）。
流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。
实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，称为粘弹性物质。
（二）剪切应力与剪切速度观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。
因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为互相平行移动的液层，叫层流，如图14-1。
由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dy，或称剪切速度。
这反映流体流动的特征。
由于流动阻力便产生速度梯度，流动较慢的液层阻滞着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力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（shearing force），单位为N·m-2，以S表示。
剪切速度（rate of shear），单位为s-1，以D表示。
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。
图14-1 流动时形成的速度梯度二、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。
流变学的基本知识
《临床血液流变学》P5第二章流变学的基本知识第一节流变学、生物流变学及类血液流变学一、流变学流变学（rheology）一词中的rheo起源于希腊语，有流动之意。
远在公元前5世纪，人们就流传着希腊哲学家Heraclitus的一句脍炙人口的名言：“一切在流，一切在变”。
流变学一词由此而来。
然而，流变学成为一门独立学科则是20世纪20年代的事情，当时，由于橡胶、塑料、油漆、润滑剂以及食品工业的迅速发展，推动了对上述原材料的研究。
因为这些物质都包含有流动和复杂变形的结构，这些物质所具有的运动现象，很难用经典的弹性力学和流体力学的方法来分析，为此，研究这类物质的流动与变形，必须紧密结合这些物质的结构和物理、化学属性，美国的物理化学家Bingham 在对油漆、糊状粘土、印刷油墨、润滑剂以及某些食品作了大量的研究后，认为这些物质都包含有使其能够复杂变形和流动的结构，其运动方式远较一般弹性体的变形和一般液体的流动复杂。
同时还指出，这些物质的复杂变形发生在流动过程中，并对其流动产生重大影响，在他的倡议下，美国于1928年成立了流变学会，并把研究物质流动和变形的科学称为流变学。
与流体力学、弹性力学、材料力学相比，流变学有2个突出的不同特点：其一，流变学研究的重点不仅限于物质的粘性运动和弹性变形，而是兼有这2种物理属性，或者更确切地说，是由这2种物理属性结合而成的物质的新的物理属性，即粘弹性和塑弹性。
其二，流变学研究的内容和范围不仅从宏观角度去探讨物质的力学性质和行为，而且还从微观的角度去揭示物质内部结构及其理化性质与其宏观力学和运动的关系。
由此可见，流变学又可以看作是物体的力学与构成物体的物质化学互相渗透的科学，正是从这一点出发，流变学又被定义为有关物体的力学性质和力学行为的物理化学。
物质在外力作用下能够变形或运动，是物质的普遍特性，不论是液体的流动，弹性体的变形或者是更为复杂的塑性、粘弹性以及塑弹性，均属于物质流变性的表现方式。
流变学
14 流变方程的作用包括：
① 流变方程可以区分流体类型，即不同类型的流体要用不同的流变方程来描述；
② 从流变方程可以获得流体内部结构的有关信息，如相转变等；
③ 流变方程与有关流体流动方程相联立，可用于解决非牛顿流体的动量、热量和质量传递
等工程问题。
15 对一些简单的流变性质的描述也可用曲线形式表示，如剪切应力与剪切速率关系曲线、
20 分散体系可以是均匀的也可以是非均匀的系统。
⑴均匀分散体系是由一相所组成的单相体系，而非均匀分散体系是指由两相或两相以上所组
⑵成的多相体系。
⑶如果被分散的粒子小到分子状态的程度，则分散体系就成为均匀分散体系。
⑷非牛顿流体往往是一种非均匀分散体系。
21 对非均匀分散体系，被分散的一相称为分散相或内相，把分散相分散于其中的一相称为
1. 爬杆现象，又称韦森堡（Weissenberg）效应 2. 挤出胀大现象 3. 同心套管轴向流动现 象 4. 回弹现象 5. 无管虹吸现象 6. 次级流现象 35 粘弹性流体与触变/反触变流体的时间效应区别
粘弹性流体与触变性/反触变性流体均具有剪切的时间效应。 例如，当突然给一流体施加一剪切应力时，相应的剪切应变随时间而变化，其原因可明显地 分为两类 一类是对应粘弹性流体的，提供给流体的机械能（剪切应力提供）的一部分作为弹性能而储 存起来，相对于一特定的剪切应力，当逐渐达到其最大储存能量时，所需的能量供给速率降 低到仅用于维持流体的粘性流动，因此，相应的剪切速率随时间逐渐减小，最后达到恒定值。
26 使流体产生大于 0 的剪切速率所需要的最小剪切应力，称之为屈服值。屈服值的大小是 体系所形成的空间网络结构的性质所决定的。 27 与时间无关的粘性流体的共同特点：
流体内部物理结构的变化都是瞬间即可调整到与剪切力相适应的程度。即给定一个剪切 应力就对应一个剪切速率，反之，给定一个剪切速率就对应一个剪切应力，粘度或表观粘度 不随时间变化。 28 若粘性流体内部结构的变化需要一个较长的时间过程才能调整到与流动条件或静止条件 相适应的结构平衡状态，那么，在这种结构变化过程中，流体的宏观表现就是流体的表观粘 度与时间有关，这种流体就称为与时间有关的粘性流体。 28 在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，流体表观粘度随时间连续下降，并在剪切应力或 剪切速率消除后，表观粘度随之恢复的现象，称为触变性。 29 反触变性流体在恒定的剪切应力或剪切速率作用下，流体表观粘度随时间而增加。其性 质正好与触变性相反。 30 触变性特征：
流变学
p
11 22 33
3
流变学基本物理量与基本概念
偏 应 力 张 量
第一法向应力差 第二法向应力差
流变学基本物理量与基本概念
应力张量不变量
I1 11 22 33
11 21 22 23 11 13 I2 12 22 32 33 31 33
流变学基本物理量与基本概念
应变速率张量的性质
a.对称性； b.应变速率张量随坐标转动而变换； c.应变张量也有三个不变量。
I xx yy zz
y y
zz
z z
2、角变形速率
流变学基本物理量与基本概念 流体-剪切速率
1 1 2 2
u y x t x 1t u x x xt x u y 1t t x u x yt y 2t u x y yt y u x 2t t y
流变学基础
Polymer Rheology
流变学概念
流变学是什么？
流变学是一门研究材料流动和变形规律的科学。高分子材料流 变学是研究高分子液体，主要是指高分子熔体、高分子溶液， 在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种粘弹行为与材料结 构及其它物理、化学性质的关系。
流动
流体
粘性
耗散能量
产生永久 变形
流变学基本物理量与基本概念
偏应力张量
11 12 13 21 22 23 31 32 33
11 12 13 p 22 23 0 21 31 32 33 0 0 p 0 0 0 p
v x v z z x v y v z z y v z 2 z
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
26
Flow Curve -- Starch
Pasting
temperature
27
Flow Curve -- Starch
28
Yield Stress – Slurry with Vane Spindle
For
particle filled or soft-solid samples Constant Shear rate: lower than 1 /s No destroy of sample
14
粘温曲线-ARRHENIUS 分析
100
mPas
10 10 15 20 Temperature
crude oil
25 T
30
35
° C
40
Arrhenius Analysis low T
Arrhenius Analysis high T
15
粘弹性行为 (PIB)
Die swell when flowing out of a capillary
dh const.
6
为什么测定粘度
对粘度数据的正确的解释可以：
降低不合格率 使生产和配方工艺研究的费用最低 确保稳定的产品质量
7
典型剪切率范围:
Process sedimentation surface levelling
Shear Rate (1/s) < 0.000001 to 0,0001 0,001 to 0,1
(high-speed) coating, blade coating
100 000 to 1 mio.
8
流体类型
Newtonian牛顿流体:
honey蜂蜜,
Mineral oil矿物油, water水, silicone硅油, glycerin甘油
Non-Newtonian:非牛顿流体
viscous
viscoelastic
elastic
fluid Newton's law
38
viscoelastic fluid
viscoelastic solid
solid Hooke's law
Measuring range
Liquid (ideal-) viscous flow behavior Newton’s law Flow/viscosity curve Viscoelastic flow behavior Maxwell’s law
Delta=72.071%@60s
33
Temperature Ramp – Crude Oil
Evaluation Window Derivatives
1
10 Pa·s
0
0.1
Crude Oil
0.05 0
CC 27; [d=0 mm] Y Viscosity Y X
10 -0.05 -0.1
16
Weissenberg effect during a stirring process
流变测试方法—旋转测试17Step of Flow Testing
1 new test
2 method edit 3 start 4 graph
5 data display
6 regression result
29
Yield Stress -- Slurry
Yield stress:
331.4Pa
30
Thixotropy – paint: method
31
Thixotropy – paint:regression
32
Thixotropy – paint: regression graph
Delta=63.803%@10s
Pseudoplastic假塑性:hand lotion润手乳液, ink油墨, shampoo香波 Dilatant膨胀性: cornstarch玉米淀粉, ceramic slurry陶瓷泥浆, cement水泥 Plastic塑性: ketchup番茄酱, mayonnaise蛋黄酱 Thixotropic触变性: latex paint乳胶涂料
Solid Viscoelastic deformation behavior Kelvin/ voigt’s law (ideal-)elastic deformation behavior Hooke’s law
Creep test, relaxation test, oscillatory tests
6 data display
7 regression result
41
Creep
42
Creep Test
shear stress step with 0 const.
creep in time interval t0 to t2 creep recovery in time interval t2 to t4 elastic reformation e remaining deformation (viscous portion)
39
Prepare before test
Trimming tools
Always use the suitable tools: Scraper/ Syringe
Zerogap at measuring temperature Set waiting time after loading sample
18
Flow Curve—method
Measuring system Click for method edit
19
Flow Curve--graph
Click for axis changing
20
Flow Curve—data display
Click for
parameters changing
3
粘度
什么是粘度? 为什么要测粘度? 哪些客户需要测定粘度?
4
粘度定义
动力粘度:
τ η γ
Pa 1/s Pas
1 Pas = 1000 mPas 1 MPas = 1000 kPas = 1 Mio. Pas
(1643 – 1727)
previously used unit: 1 cP = 1 mPas
Copy for
paste to Excel…
21
Flow Curve -- regression
2 Start regression
1 Select fluid type
3 Fluid equation
22
Flow Curve – regression graph
23
Flow Curve – Polymer melt
-1
10
Crude Oil [POUR-PT,HIGH] T = 30.25 癈 ; eta = 0.5377 Pa穝 Viscosity
Crude Oil [CLOUD-PT]
-2
10
T = 36.22 °C; eta = 0.01199 Pa·s Viscosity
-3
10
20
25
30 35 40 Temperature T
45
50
55 °C 60
Anton Paar GmbH
35
流变测试方法—
蠕变,松弛,振荡测试
36
Viscoelastic Behavior Measurement
Creep test
Relaxation test
Oscillatory test…
37
Definitions
Rheology describes the deformation and flow behavior
5
Two-Plate-Model
F Shear stress A
Shear rate
v (D ) h
N m2 Pa
m 1 1 s m s s
dv const. const.
sagging
dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing spraying
0,01 to 1
1 to 100 1 to 10 000 100 to 10 000 1 000 to 10 000
1 1 2
2
11
剪切增稠流动行为
flow curve
viscosity curve
- shear-thickening - dilatant
12
屈服力
yield point as limiting value of the shear stress
linear scales
13
logarithmic scales
9
理想粘性流动行为
Synonym: Newtonian flow behavior
flow curves
viscosity curves
10
剪切变稀流动行为
1
2
γ1
γ2
flow curve
viscosity curve
- shear-thinning - pseudoplastic
10
-3
10
20
25
30 35 40 Temperature T