流变学基础及应用PPT课件
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流变培训教程PPT
剪切速率
10e-6 ~ 10e-4 10e-2 ~ 10e-1 10 ~ 1000 10 ~ 1000 1 ~ 100
化妆品相关
从瓶中倒出(Pouring from a bottle) 挤牙膏(Extrusion of toothpaste from a tube) 擦护手霜(application of hand lotions/creams) 涂口红，指甲油(Applying lipstick, nail polish) 喷雾(Spraying aerosols) 10e1 ~ 10e2 10e2 10e2 ~ 10e4 10e3 ~ 10e4 10e3 ~ 10e5
高分子量区域敏感
低分子量的数均分子量较好
高分子量区域灵敏度最高
分子量分布最敏感，对分子量不敏 感
23
分子量宽度对流变性能的影响
24
支化对流变性能的影响
25
长链支化对流变性能的影响
26
快速质量控制: 交叉点与分子量、分子量分布的关系
HDPE FreqSweep 190° C
10
6
Narrow MWD
250.0
Temp [° C]
-0.4
Step Trans ition Analys is Tg DSC): 142.83 °C (144.4,-0.50)
-0.5
(141.2,-0.50) -0.6 50.0
100.0 150.0
200.0
Rheometric Scientific, Inc.
Tem p [° C]
G’弹性模量 (t’/g0) : 弹性储存能量指标 G”粘性模量 (t”/g0) : 变形消耗能量指标 G*复模量 (S(G’,G”)) : 总变形能量指标 tand (G”/G’) : 损耗因子
流变学基础PPT课件
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
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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。
18
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：····
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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
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
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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
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
聚合物流变学基础PPT课件
小结：
影响流变性能的因素 高分子材料弹性的表现 流变性能对高分子材料成型加工的指导
45
个人观点供参考，欢迎讨论
30
产生入口效应的原因：
(a)速度重排:熔体在大小管内速度是不等的， 为了调整速度要消耗一定的压力降。
(b)弹性效应：熔体由大管流向小管，必须变形以适 应新的流道。聚合物具有弹性，对变形具有抵抗 能力，因此造成能量消耗，即消耗适当的应力降。 以上两种原因使压力降与计算式中的压力降不符， 一般以加大长度的办法来调整压力降造成的能量 损失（根据流量计算式） L改为L+3D符合实际。
2
影响粘度最重要的两个因素：温度与剪切
温度 剪切
0eE/RT 影响本质是运动能力
a Kn1 影响本质是熵回复
故 柔性分子链对剪切敏感 刚性分子链对温度敏感
3
剪切速率
A-LDPE B-乙丙高聚物 C-PMMA D-甲醛高聚物 E-尼龙66
4
பைடு நூலகம்
温度
5
压力
聚合物由于具有长链结构和分子内旋转，产生空 洞较多，即所谓的“自由体积”。所以在加工温度下 的压缩性比普通流体大得多。
A
C B
D
E
21
不同温度对XLPE交联反应的影响
22
粘度测量过程图
23
德国哈克转矩流变仪
24
不同配方共混料的粘度曲线
25
3 弹性表现
在生产过程中,经常见到：制品表面无光泽、麻面 或波纹，严重时出现裂纹，制品质量不合格，其 原因是聚合物流动过程中产生的，我们称它为流 动缺陷，这是工艺条件、制品设计、设备和原料 选择不当等造成的。
31
出口效应（Brass效应）
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15
流杯
Flow Cups
measurement of the flow time determination of the kinematic viscosity
16
流杯 DIN ISO
ISO DIN Ford (ASTM) Zahn Engler Shell
17
玻璃毛细管粘度计 Capillary Viscometers
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
Hooke定律
8
流变学的研究范围及方法
物质状态
液体
固体
性能表现
(理想)粘性流 粘弹性流动 粘弹性变形 (弹性)变形行
体行为
行为
行为
为
依据原理
Newton定律
Maxwell定律
Kelvin/Voigt 定律
Hook定律
研究方法 流动/粘度曲线 蠕变实验 弛豫实验 振荡实验
稳态流变学
动态流变学
9
2 流变行为的研究工具—粘度计及流变仪
falling rod
falling rod viscometer (Laray)
e.g. for pastes and paste-like printing inks
13
气泡粘度计
Gas bubble rises after turning the tube.
Viscosity evaluation by comparison to a set of tubes
— 江体乾
7
流变学的研究内容
流变学（Rheology）
研究物质的流动及变形行为
粘性
（viscous）
粘弹性
（viscoelastic）
弹性
（elastic）
流体
（流动行为）
Newton定律
粘弹性流体
（流动行为）
Maxwell定律
粘弹性固体
（变形行为）
Kelvin/Voigt定律
固体
（变形行为）
6
中国的流变学
“我国流变学的应用研究起步较晚，20世纪60年代还只有个别自发 研究，目前的应用研究领域较少，甚至连流变学赖以发展的聚合物加工 行业也知之不多。以塑料制品为例，塑料厂引进的模具‘吃’进口的聚 合物粒子时，制品光滑、美观，可以和国外的同类产品相媲美，而一旦 换成国产原料粒子时，产品质量就下降。这是因为所使用的模具是按国 外原料的流变性能设计的，而国产原料的流变性与进口原料并不完全相 同，所以制品质量下降。尽管生产厂对模具进行完善修改，但也只是凭 经验做机械上的改动，并未考虑到粒子的流变性。”
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
Bubble Viscometers
check mark
according to ASTM D803 and D1545
14
流杯
Flow Cups
Water-Clock (Klepsýdra)
for time measurements since 3500 years in Egypt e.g. 5 l corresponds to 6 min flow time
4.1 弹性行为及剪切模量 4.2 粘弹性行为 4.3 蠕变测试 4.4 弛豫测试 4.5 振荡测试
II. Physica MCR300流变仪简介
III. Physica MCR300流变仪应用演示
3
I. 流变学基础
4
1 流变学及其发
展历史
什么是流变学？
流变学：研究物质流动和变形的科学
Rheology = the science of deformation and flow of matter (Society Of Rheology, SOR)
DIN 53015 ISO 12058
thermometer
HAAKE
GENEQ
measuring tube including the ball
stand jacket,
for temp. control
12
落杆粘度计
weight
Falling-Rod Viscometers
printing ink
希腊语: rheos = to flow，流动
流动行为
变形行为
5
流变学的发展历史
• 古代 “万物皆流” • 1676 虎克定律：弹性固体（形变与受力成正比） • 1687 牛顿定律：粘性液体（流动阻力与流动速度成正比）
• 1905 爱因斯坦：悬浮液粘度方程（h = hs(1+2.5f)）
• 1920 宾汉（Bingham）提出“流变学”概念 • 1945 首台旋转粘度计面世（Brookfield） • 1951 首台旋转流变仪Rheogoniometer（Weissenberg） • 自1970年开始，流动曲线测试代替以前的单点测试 • 自1980年开始，大规模使用数控和计算机，流变学得到较大发展
18
Stormer 粘度计
Preset: constant torque (shear stress) applied by a free falling weight (in grams)
Result: rotational speed of the measuring system
Krebs measuring system ("Paddle") as a relative measuring system designation in Krebs Units, KU
流变学基础及应用
1
牙膏—一个典型的流变学问题
HH Welcome
使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺 MZ HU括，在牙刷上不能下陷，刷牙时又要轻
松，这就是要求牙膏遇剪切时粘度迅速
S 下降，而静止时又要具备一定的屈服应
力，以保持坚挺。
2
提 纲 I. 流变学基础
1．流变学定义及发展历史 2. 粘度计及流变仪简介 3. 稳态流变学 4. 动态流变学
流杯
Flow Cups
measurement of the flow time determination of the kinematic viscosity
16
流杯 DIN ISO
ISO DIN Ford (ASTM) Zahn Engler Shell
17
玻璃毛细管粘度计 Capillary Viscometers
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
Hooke定律
8
流变学的研究范围及方法
物质状态
液体
固体
性能表现
(理想)粘性流 粘弹性流动 粘弹性变形 (弹性)变形行
体行为
行为
行为
为
依据原理
Newton定律
Maxwell定律
Kelvin/Voigt 定律
Hook定律
研究方法 流动/粘度曲线 蠕变实验 弛豫实验 振荡实验
稳态流变学
动态流变学
9
2 流变行为的研究工具—粘度计及流变仪
falling rod
falling rod viscometer (Laray)
e.g. for pastes and paste-like printing inks
13
气泡粘度计
Gas bubble rises after turning the tube.
Viscosity evaluation by comparison to a set of tubes
— 江体乾
7
流变学的研究内容
流变学（Rheology）
研究物质的流动及变形行为
粘性
（viscous）
粘弹性
（viscoelastic）
弹性
（elastic）
流体
（流动行为）
Newton定律
粘弹性流体
（流动行为）
Maxwell定律
粘弹性固体
（变形行为）
Kelvin/Voigt定律
固体
（变形行为）
6
中国的流变学
“我国流变学的应用研究起步较晚，20世纪60年代还只有个别自发 研究，目前的应用研究领域较少，甚至连流变学赖以发展的聚合物加工 行业也知之不多。以塑料制品为例，塑料厂引进的模具‘吃’进口的聚 合物粒子时，制品光滑、美观，可以和国外的同类产品相媲美，而一旦 换成国产原料粒子时，产品质量就下降。这是因为所使用的模具是按国 外原料的流变性能设计的，而国产原料的流变性与进口原料并不完全相 同，所以制品质量下降。尽管生产厂对模具进行完善修改，但也只是凭 经验做机械上的改动，并未考虑到粒子的流变性。”
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
Bubble Viscometers
check mark
according to ASTM D803 and D1545
14
流杯
Flow Cups
Water-Clock (Klepsýdra)
for time measurements since 3500 years in Egypt e.g. 5 l corresponds to 6 min flow time
4.1 弹性行为及剪切模量 4.2 粘弹性行为 4.3 蠕变测试 4.4 弛豫测试 4.5 振荡测试
II. Physica MCR300流变仪简介
III. Physica MCR300流变仪应用演示
3
I. 流变学基础
4
1 流变学及其发
展历史
什么是流变学？
流变学：研究物质流动和变形的科学
Rheology = the science of deformation and flow of matter (Society Of Rheology, SOR)
DIN 53015 ISO 12058
thermometer
HAAKE
GENEQ
measuring tube including the ball
stand jacket,
for temp. control
12
落杆粘度计
weight
Falling-Rod Viscometers
printing ink
希腊语: rheos = to flow，流动
流动行为
变形行为
5
流变学的发展历史
• 古代 “万物皆流” • 1676 虎克定律：弹性固体（形变与受力成正比） • 1687 牛顿定律：粘性液体（流动阻力与流动速度成正比）
• 1905 爱因斯坦：悬浮液粘度方程（h = hs(1+2.5f)）
• 1920 宾汉（Bingham）提出“流变学”概念 • 1945 首台旋转粘度计面世（Brookfield） • 1951 首台旋转流变仪Rheogoniometer（Weissenberg） • 自1970年开始，流动曲线测试代替以前的单点测试 • 自1980年开始，大规模使用数控和计算机，流变学得到较大发展
18
Stormer 粘度计
Preset: constant torque (shear stress) applied by a free falling weight (in grams)
Result: rotational speed of the measuring system
Krebs measuring system ("Paddle") as a relative measuring system designation in Krebs Units, KU
流变学基础及应用
1
牙膏—一个典型的流变学问题
HH Welcome
使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺 MZ HU括，在牙刷上不能下陷，刷牙时又要轻
松，这就是要求牙膏遇剪切时粘度迅速
S 下降，而静止时又要具备一定的屈服应
力，以保持坚挺。
2
提 纲 I. 流变学基础
1．流变学定义及发展历史 2. 粘度计及流变仪简介 3. 稳态流变学 4. 动态流变学