第十四章：流变学基础-2008
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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。
第十四章 流变学基础
流动可视为一种可逆性变形过程，与流体本身的粘度 （viscosity）有关。
测试仪器
基本参数
层流：流体流动时形成互相平行移动的液层。
剪切速度（rate of shear，Ｄ)：层流各层速度的不
同形成速度梯度，称为剪切速度。
使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液 层面积上所需施加的这种力称为剪切应力（shearing force，Ｓ）。
第六章 流变学基础
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第六章
第一节 基本概念
流变学基础
流变学（rheology）：主要是研究物质的变
形和流动的一门科学。
变形：物体受外力时，内部各部分的形状和体积发生 变化，称为变形。可恢复原状（可逆性）的变形为弹
性变形（elastic deformation)，反之则称为塑形变
形（plastic deformation)。
1,000 30 40 1/s 50 Shear Rate
第三节 粘度的测定
毛细管式粘度计
旋转粘度计 落球式粘度计
第四节 流变学的药剂学应用
流变学在药学研究中的重要意义在
于可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、质量等进行评价。
剪切应力和剪切速度是表征体系流变性质的两个基本
参数。
第二节 流变性质
一、牛顿流动
纯液体和多数低分子 溶液在层流条件下剪 切应力Ｓ与剪切速度
D
Ｄ成正比，遵循该法
则的液体为牛顿流体 （Newtonian fluid）。
S=F/A=ηD或D=S/η
S
流变学基础及应用
圆筒状转子（Cylinder） not recommended for pastes (air bubbles)
锥板转子（Cone-Plate） 平行板（Parallel-plates）
with dispersions
useful for
only useful for
gels and pastes
particles
Levelling
Extrusion, Injection Moulding
Non-destructive Oscillarory shear
10-3
Mixing
Roll Coating, Spraying
10-1 100 101
102 103
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
104
.
106 log /s-1
DMA Osc. / Rot. rheometer
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)
希腊语: rheos = to flow，流动
流动行为
relaxation, PVT, Flow instabilities
rot. rheometer: structural/low shear measurements high-pressure capillary: processing flow behaviour
➢ 聚合物加工过程对应的剪切速率
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
流变学基础及应用
影响流动性a的因素
外在条件（T,P,σ,γ） 高分子结构(M,分布，支化)
流变学基础
二．拉伸粘度（t）: 定义与剪切过程中的粘度相似。只是其速度梯度在形变的方向与剪切 粘度不同。速度梯度方向平行于流动方向,例如:吹塑成型中离开模口 后的流动,纺丝中离开喷丝口后的牵伸.
log
A t B
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 ↓ ,
流变学基础
影响流动性a的主要因素
剪切应力和剪切速率： 和 ŕ升高，粘度下降
log
( ) K , n 非牛顿指数.
n 1, , , 假塑性流体
n
刚性链:两者↑,下降不明显 柔性链:两者↑,下降明显.
logŕ
柔性链容易通过链段运动取向或 者链的解缠结, 使拟网状结构密 度下降,流动单元减小,流动阻力 下降明显.对刚性链链段长,而在 粘度大的熔体中要使整个分子取 向困难,内摩擦阻力大,流动过程 中取向作用小,随着剪切速率增加, 粘度变化小.
添加剂：
炭黑： ①增粘效应。②减弱非牛顿流动体系流动性，提高n值。（用量，粒 径，结构，表面性质）补强系数 RF=η/η0 碳酸钙：①增容作用，降低成本。增多体系内部微空隙，应力集中增强。增 大了粘度，加工性能下降。 增塑剂：①降低熔体粘度，降低熔点，改善流动性。应用于粘度大，熔点高 难加工的高填充高分子体系，增大大分子链之间的间距，减少分子 链间作用，降低物理缠结点密度。
链的柔顺性: 好,则回复快 温度: 越高,则回复越快
流变学基础
分子量超过MC后,链间可能因为缠结或者范德华力作用形成链间物理交 联点,并在分子热运动的作用下,处在不断解体与重建的动态平衡中结果 使整个熔体具有瞬变的交联空间网状结构.称为拟网状结构.
外在条件（T,P,σ,γ） 高分子结构(M,分布，支化)
流变学基础
二．拉伸粘度（t）: 定义与剪切过程中的粘度相似。只是其速度梯度在形变的方向与剪切 粘度不同。速度梯度方向平行于流动方向,例如:吹塑成型中离开模口 后的流动,纺丝中离开喷丝口后的牵伸.
log
A t B
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 ↓ ,
流变学基础
影响流动性a的主要因素
剪切应力和剪切速率： 和 ŕ升高，粘度下降
log
( ) K , n 非牛顿指数.
n 1, , , 假塑性流体
n
刚性链:两者↑,下降不明显 柔性链:两者↑,下降明显.
logŕ
柔性链容易通过链段运动取向或 者链的解缠结, 使拟网状结构密 度下降,流动单元减小,流动阻力 下降明显.对刚性链链段长,而在 粘度大的熔体中要使整个分子取 向困难,内摩擦阻力大,流动过程 中取向作用小,随着剪切速率增加, 粘度变化小.
添加剂：
炭黑： ①增粘效应。②减弱非牛顿流动体系流动性，提高n值。（用量，粒 径，结构，表面性质）补强系数 RF=η/η0 碳酸钙：①增容作用，降低成本。增多体系内部微空隙，应力集中增强。增 大了粘度，加工性能下降。 增塑剂：①降低熔体粘度，降低熔点，改善流动性。应用于粘度大，熔点高 难加工的高填充高分子体系，增大大分子链之间的间距，减少分子 链间作用，降低物理缠结点密度。
链的柔顺性: 好,则回复快 温度: 越高,则回复越快
流变学基础
分子量超过MC后,链间可能因为缠结或者范德华力作用形成链间物理交 联点,并在分子热运动的作用下,处在不断解体与重建的动态平衡中结果 使整个熔体具有瞬变的交联空间网状结构.称为拟网状结构.
药剂学流变学基础课件
（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。 流体的层流速度不同，形成速度梯度， 或称剪切速度。速度梯度的产生是由于 流动阻力的存在，流动较慢的液层阻滞 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。
胀性流体的结构变化示意图
(四)触变流动(thixotropic flow)
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。 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。 触变流动的特点：等温的溶胶和凝胶的可逆转换。 塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触 变性。
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。
塑性流体的结构变化示意图
(二)假塑性流动(pseudoplastic flow)
假塑性流动：没屈服值；过原点；剪切 速度增大，形成向下弯的上升曲线，粘 度下降，液体变稀。 假塑性液体的流动公式：D=Sn/a 或 log D=log 1/a +nlog S D为剪切速度；S为 剪切应力；a 为表观粘度(随切变速度的 不同而不同）；n>1， a 随S增加而增加。 在制剂中表现为假塑性流动的剂型有某 些亲水性高分子溶液及微粒分散体系处 于絮凝状态的液体。
《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
14.流变性能
31
常见热塑性塑料测试条件
聚合物 PS PE PP ABS SAN PC PMMA POM 温度/℃ 200 190 230 220 220 300 230 190 负荷/Kg 5 2.16/5/21.6 2.16 10 10 120 3.8 2.16
32
切割取样时间
熔体流动速率/g.10min-1 试样质量/g 切割时间/s
g
14
流变学
牛顿流体、非牛顿流体 比例常数 （粘度）是常数，不随剪
切力和剪切速率的大小而改变的。 这种类型的流体称为牛顿流体。 的单位： N · s ·m-2 对高分子熔体等流体来讲： 不是常数，不呈直线关系。
15
流变学
高聚物流动--非牛顿流体
16
流变学
高聚物粘性流动的特点
0.1~0.5
＞0.5~1 ＞1~3.5 ＞3.5~10 ＞10
3~5
4~6 4~6 6~8 6~8
240
120 60 30 5~15
如果试样的熔体流动速率小于0.1g/10min或者大于100g /10min，建议不测熔体流动速率。
33
毛细管流变仪
在恒压力或恒速率条件下，用柱塞将料筒中的聚 合物熔体从具有一定口径和长径比的毛细管中挤 出
原材料 通过加工（变形） 制品 产品 在外力或变形下使用 性能 流变学是高分子学科的基础 流变学是实验和实践科学 Bingham 与流变学
4
流变学
Rheology与 Theology
1927年，巴勒斯坦的土木工程师Reiner先生应 美国化学家Eugene C. Bingham 的邀请到美国 和Bingham 合作一项研究 在工作中，他们感觉到，应该有一个介于力学、 化学和工程科学之间的-物理分支。 他们请教了一位语言学家。凡是语言学家，都是 言必称希腊的，这位语言学家造了“Rheology” 这个新词 来源于古希腊哲学家赫拉克利特的名言：“万物 皆流。”“Rheo”在希腊语里是流动的意思。
常见热塑性塑料测试条件
聚合物 PS PE PP ABS SAN PC PMMA POM 温度/℃ 200 190 230 220 220 300 230 190 负荷/Kg 5 2.16/5/21.6 2.16 10 10 120 3.8 2.16
32
切割取样时间
熔体流动速率/g.10min-1 试样质量/g 切割时间/s
g
14
流变学
牛顿流体、非牛顿流体 比例常数 （粘度）是常数，不随剪
切力和剪切速率的大小而改变的。 这种类型的流体称为牛顿流体。 的单位： N · s ·m-2 对高分子熔体等流体来讲： 不是常数，不呈直线关系。
15
流变学
高聚物流动--非牛顿流体
16
流变学
高聚物粘性流动的特点
0.1~0.5
＞0.5~1 ＞1~3.5 ＞3.5~10 ＞10
3~5
4~6 4~6 6~8 6~8
240
120 60 30 5~15
如果试样的熔体流动速率小于0.1g/10min或者大于100g /10min，建议不测熔体流动速率。
33
毛细管流变仪
在恒压力或恒速率条件下，用柱塞将料筒中的聚 合物熔体从具有一定口径和长径比的毛细管中挤 出
原材料 通过加工（变形） 制品 产品 在外力或变形下使用 性能 流变学是高分子学科的基础 流变学是实验和实践科学 Bingham 与流变学
4
流变学
Rheology与 Theology
1927年，巴勒斯坦的土木工程师Reiner先生应 美国化学家Eugene C. Bingham 的邀请到美国 和Bingham 合作一项研究 在工作中，他们感觉到，应该有一个介于力学、 化学和工程科学之间的-物理分支。 他们请教了一位语言学家。凡是语言学家，都是 言必称希腊的，这位语言学家造了“Rheology” 这个新词 来源于古希腊哲学家赫拉克利特的名言：“万物 皆流。”“Rheo”在希腊语里是流动的意思。
流变学基础
流变学基础
一、概述
• 观察河中的流水：尽管水流方向一致，但水流速度却不 同，中心处的水流最快，靠近河岸水流较慢。 • 因此，在流速不太快时，可以将流动着的液体视为互相 平行移动的一个个液层；由于各层的速度是不同的，所 以产生速度梯度dυ/dy，这是流动的基本特征。
• 因为有速度梯度存在，流动较慢 的液层阻滞着流动较快液层的运动， 所以产生流动阻力。
（一）流变学在混悬剂中的应用
• 如图，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。 • 图中用具有牛顿流体性质 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。
• 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。
（一）流变学在混悬剂中的应用
（二）非牛顿流体
• 4、触变流动——大多数非牛顿流体 均具有触变性，凝胶、溶胶为典型 触变性体系。 • 特点： • 1)上升曲线与下降曲线不重合，形 成环形滞后曲线； • 2)上升和下降曲线包围成一定面积， 称为滞后面积，这种现象称为滞后 现象； • 3)滞后面积是衡量触变性大小定量 指标，其大小由切变时间和切变速 度决定。
SM
K
度液体， 平行圆板型用于测定高粘度液 体。
(a)双重圆筒型
(b)圆锥圆板形 (c)平行圆板型
图---旋转粘度hirley粘度计为圆锥—平板粘度计的一种类型。如 图所示。 • 测定方法为将试验液放在平板的中央，然后把平板推至上 面的圆锥下部，使试验液在静止的平板和旋转的圆锥之间 产生切变。
（二）流变学在乳剂中的应用
• 粘性的影响因素： • 分散相
• 连续相
• 乳化剂
（二）流变学在乳剂中的应用
• 分散相：与分散相相关的主要因素有相的体积比、 粒度分布、内相固有的粘度等。 • 分散相体积： • 粒度分布
一、概述
• 观察河中的流水：尽管水流方向一致，但水流速度却不 同，中心处的水流最快，靠近河岸水流较慢。 • 因此，在流速不太快时，可以将流动着的液体视为互相 平行移动的一个个液层；由于各层的速度是不同的，所 以产生速度梯度dυ/dy，这是流动的基本特征。
• 因为有速度梯度存在，流动较慢 的液层阻滞着流动较快液层的运动， 所以产生流动阻力。
（一）流变学在混悬剂中的应用
• 如图，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。 • 图中用具有牛顿流体性质 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。
• 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。
（一）流变学在混悬剂中的应用
（二）非牛顿流体
• 4、触变流动——大多数非牛顿流体 均具有触变性，凝胶、溶胶为典型 触变性体系。 • 特点： • 1)上升曲线与下降曲线不重合，形 成环形滞后曲线； • 2)上升和下降曲线包围成一定面积， 称为滞后面积，这种现象称为滞后 现象； • 3)滞后面积是衡量触变性大小定量 指标，其大小由切变时间和切变速 度决定。
SM
K
度液体， 平行圆板型用于测定高粘度液 体。
(a)双重圆筒型
(b)圆锥圆板形 (c)平行圆板型
图---旋转粘度hirley粘度计为圆锥—平板粘度计的一种类型。如 图所示。 • 测定方法为将试验液放在平板的中央，然后把平板推至上 面的圆锥下部，使试验液在静止的平板和旋转的圆锥之间 产生切变。
（二）流变学在乳剂中的应用
• 粘性的影响因素： • 分散相
• 连续相
• 乳化剂
（二）流变学在乳剂中的应用
• 分散相：与分散相相关的主要因素有相的体积比、 粒度分布、内相固有的粘度等。 • 分散相体积： • 粒度分布
流变学专题培训
变性伴随水旳加入而增大。
➢ 温度对软膏基质稠度 旳影响，能够利用经过 改善旳旋转粘度计进行 测定，并对其现象加以 解释。
➢ 右图中能够看出，温 度对两种基质旳塑性流 动影响是一样旳，而且 降伏点旳温度变化曲线 也体现为一样旳性质。
➢ 而对其触变性而言，
右图中能够看出温度对两 种基质旳变化特征完全不 同.
➢ 流动主要表达液体和气体旳性质。流动旳难易与物质本 身具有旳性质有关，把这种现象称为粘性（Viscosity）。 流动也视为一种非可逆性变形过程。
➢ 实际上，某一种物质对外力体现为弹性和粘性双重特征 （粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行 定量解析旳学问称为流变学。
切变应力与切变速率
➢ 其原因主要是伴随温度 旳升高凡士林旳蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，一般在温度发生 变化旳条件下能够维持树 脂状构造。
剂型设计和制备工艺过程中流变学旳主要应用领域
旳基质。
（二）流变学在乳剂中旳应用
➢ 乳剂在制备和使用过程中往往会受到多种切变力旳影响 。在使用和制备条件下乳剂旳特征是否合适，主要由制剂 旳流动性而定。例如，为了使皮肤科用旳制剂或化装品到 达其质量原则，必须调整和控制好制剂旳伸展性。另外， 为了使皮肤注射用乳剂轻易经过注射用针头，且轻易从容 器中倒出以及使乳剂旳特征适合于工业化生产工艺旳需要 ，掌握制剂处方对乳剂流动性旳影响非常主要。
（一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
流变学在药剂学中旳应用
➢ 流变学在药学研究中旳主要意义在于能够应用流变学理 论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等旳剂型设计、处方构成 以及制备、质量控制等进行评价。 ➢ 如制备医疗和化装品用旳雪花膏、糊剂、洗涤剂时必须 调整合适旳稠度和润滑性，才干使其制剂到达良好旳重现 性。制备制剂时选择旳装置不同，流变学旳性质也不同。 而且，假如在制备过程中制备装置选择不当，制剂旳流变 学性能得不到满意旳效果。 ➢ 一种物质旳流变性和变形按其类别能够分两类：一种为 牛顿流变学，另一种为非牛顿流变学。
➢ 温度对软膏基质稠度 旳影响，能够利用经过 改善旳旋转粘度计进行 测定，并对其现象加以 解释。
➢ 右图中能够看出，温 度对两种基质旳塑性流 动影响是一样旳，而且 降伏点旳温度变化曲线 也体现为一样旳性质。
➢ 而对其触变性而言，
右图中能够看出温度对两 种基质旳变化特征完全不 同.
➢ 流动主要表达液体和气体旳性质。流动旳难易与物质本 身具有旳性质有关，把这种现象称为粘性（Viscosity）。 流动也视为一种非可逆性变形过程。
➢ 实际上，某一种物质对外力体现为弹性和粘性双重特征 （粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行 定量解析旳学问称为流变学。
切变应力与切变速率
➢ 其原因主要是伴随温度 旳升高凡士林旳蜡状骨架 基质产生崩解，另一方面， 液体石蜡聚乙烯复合型软 膏基质，一般在温度发生 变化旳条件下能够维持树 脂状构造。
剂型设计和制备工艺过程中流变学旳主要应用领域
旳基质。
（二）流变学在乳剂中旳应用
➢ 乳剂在制备和使用过程中往往会受到多种切变力旳影响 。在使用和制备条件下乳剂旳特征是否合适，主要由制剂 旳流动性而定。例如，为了使皮肤科用旳制剂或化装品到 达其质量原则，必须调整和控制好制剂旳伸展性。另外， 为了使皮肤注射用乳剂轻易经过注射用针头，且轻易从容 器中倒出以及使乳剂旳特征适合于工业化生产工艺旳需要 ，掌握制剂处方对乳剂流动性旳影响非常主要。
（一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
流变学在药剂学中旳应用
➢ 流变学在药学研究中旳主要意义在于能够应用流变学理 论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等旳剂型设计、处方构成 以及制备、质量控制等进行评价。 ➢ 如制备医疗和化装品用旳雪花膏、糊剂、洗涤剂时必须 调整合适旳稠度和润滑性，才干使其制剂到达良好旳重现 性。制备制剂时选择旳装置不同，流变学旳性质也不同。 而且，假如在制备过程中制备装置选择不当，制剂旳流变 学性能得不到满意旳效果。 ➢ 一种物质旳流变性和变形按其类别能够分两类：一种为 牛顿流变学，另一种为非牛顿流变学。
流变学基础
1、现象：是指高分子熔体被强迫挤出口模
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。
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。
第十四章-流变学基础分析
温度升高 粘度下降
3.5 不同性质药物对甲壳胺流变学性质的影响
分别制备含盐酸 雷 尼 替 丁 20% 、 40% 的 溶胶 , 于 20℃ 测 定 不 同 剪 切速度(D)下的切 应力(S) , 作其流 变曲线。
蠕变性(creep)：对物质附加一定重量时， 表现为一定的伸展性或形变，而且随时间 变化的现象。
粘弹性模型：
麦克斯韦尔(Maxwell)模型： 弹簧和缓冲器串联。
福格特(Voigt)模型： 接近于实际高分子 弹簧和缓和器并联。 材料的蠕变和恢复
曲线的现象。
双重粘弹性模型： 把几个Maxwell 和Voigt模型组合在一起
浓度越高，粘 度越大
3.3 pH值对壳聚糖流变学性质的影响
用 pH 值分别为 3.6、 4.5 和 6.0 醋酸-醋酸盐 缓冲液分别制备 1% 壳 聚糖Ⅲ 溶胶，于 20℃ 测量不同剪切速度(D) 下的切应力(S) ， 作流 变曲线。
pH 值较小时, 非牛 顿流体行为明显， 粘度较大
3.4 温度对甲壳胺流变学性质的影响
第三节 蠕变性质的测定方法
一、测定高分子液体流变学性质的途径：
测定使待测样品产生微小应变r(t) 时所需的 应力 S(t)；
测定对待测样品施加应力S(t) 时所产生的应 变程度 r(t)；
施加一定切变速度时，测定其应力S(t)。
具体测定方法：
不随时间变化的静止测定法，即r0 一 定时，施加应力 S0，适用于牛顿流体 的测定。
流动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。
由3于. 粘具弹有弹性性（，v可is把co外e力lasticity）
做功的一部分转化为存储 在物质内部的应变能
3.5 不同性质药物对甲壳胺流变学性质的影响
分别制备含盐酸 雷 尼 替 丁 20% 、 40% 的 溶胶 , 于 20℃ 测 定 不 同 剪 切速度(D)下的切 应力(S) , 作其流 变曲线。
蠕变性(creep)：对物质附加一定重量时， 表现为一定的伸展性或形变，而且随时间 变化的现象。
粘弹性模型：
麦克斯韦尔(Maxwell)模型： 弹簧和缓冲器串联。
福格特(Voigt)模型： 接近于实际高分子 弹簧和缓和器并联。 材料的蠕变和恢复
曲线的现象。
双重粘弹性模型： 把几个Maxwell 和Voigt模型组合在一起
浓度越高，粘 度越大
3.3 pH值对壳聚糖流变学性质的影响
用 pH 值分别为 3.6、 4.5 和 6.0 醋酸-醋酸盐 缓冲液分别制备 1% 壳 聚糖Ⅲ 溶胶，于 20℃ 测量不同剪切速度(D) 下的切应力(S) ， 作流 变曲线。
pH 值较小时, 非牛 顿流体行为明显， 粘度较大
3.4 温度对甲壳胺流变学性质的影响
第三节 蠕变性质的测定方法
一、测定高分子液体流变学性质的途径：
测定使待测样品产生微小应变r(t) 时所需的 应力 S(t)；
测定对待测样品施加应力S(t) 时所产生的应 变程度 r(t)；
施加一定切变速度时，测定其应力S(t)。
具体测定方法：
不随时间变化的静止测定法，即r0 一 定时，施加应力 S0，适用于牛顿流体 的测定。
流动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。
由3于. 粘具弹有弹性性（，v可is把co外e力lasticity）
做功的一部分转化为存储 在物质内部的应变能
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。
流变学基础
湘潭大学土木工程与力学学院
流变学基础
第2章 积分型本构关系
Boltzmann叠加原理Superposition Principle
阶跃应力或应变历史下的数学描述 1、响应是时间平移不变量
给定阶跃应变历史 应力响应
e ( t ) = e0θ ( t t0 )
s ( t ) = e0G ( t t0 )
记忆函数 (影响函数、遗传函数、余效函数)
s (t ) = G10 e(t ) + ∫ G1 ( s ) e(t s) d s
0+
作变量替换，令
d G1 ( s ) ds
ψ 1 ( s ) = G1 ( s ) =
t
( s = t τ )
s (t ) = G10 e(t )
∞
∫ e(τ )ψ (t τ ) d τ
对于积分，只要积分存在，有分部积分公式：
∫
a
t
b
f (τ ) d g (τ ) = [ f (τ ) g (τ )]b ∫ g (τ ) d f (τ ) a
a
b
作变量替换，令t – τ = s
de(t s ) dG1 (t τ ) s (t ) = ∫ G1 (t τ ) d e(τ ) = ∫ G1 ( s) d s = G10e(t ) + ∫ e(τ ) dτ d(t s ) d(t τ ) ∞ ∞ 0
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流变学基础
第2章 积分型本构关系
Boltzmann叠加原理Superposition Principle
阶跃应力或应变历史下的数学描述 2、双阶跃应变历史作用下的应力
双阶跃应变历史
e ( t ) = Δe1θ ( t t1 ) + Δe2θ ( t t2 )
流变学基础
第2章 积分型本构关系
Boltzmann叠加原理Superposition Principle
阶跃应力或应变历史下的数学描述 1、响应是时间平移不变量
给定阶跃应变历史 应力响应
e ( t ) = e0θ ( t t0 )
s ( t ) = e0G ( t t0 )
记忆函数 (影响函数、遗传函数、余效函数)
s (t ) = G10 e(t ) + ∫ G1 ( s ) e(t s) d s
0+
作变量替换，令
d G1 ( s ) ds
ψ 1 ( s ) = G1 ( s ) =
t
( s = t τ )
s (t ) = G10 e(t )
∞
∫ e(τ )ψ (t τ ) d τ
对于积分，只要积分存在，有分部积分公式：
∫
a
t
b
f (τ ) d g (τ ) = [ f (τ ) g (τ )]b ∫ g (τ ) d f (τ ) a
a
b
作变量替换，令t – τ = s
de(t s ) dG1 (t τ ) s (t ) = ∫ G1 (t τ ) d e(τ ) = ∫ G1 ( s) d s = G10e(t ) + ∫ e(τ ) dτ d(t s ) d(t τ ) ∞ ∞ 0
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第2章 积分型本构关系
Boltzmann叠加原理Superposition Principle
阶跃应力或应变历史下的数学描述 2、双阶跃应变历史作用下的应力
双阶跃应变历史
e ( t ) = Δe1θ ( t t1 ) + Δe2θ ( t t2 )
流变学基础
应力松弛测量
10
瞬时阶跃应变
1.0 应变 %
0.1
0.01
恒定应变
0.001 0.01 0.1
1
10
100
时间 log secs
G 松弛模量 (Pa)
应力松弛测量
H (Pa) 松弛时间谱
0.001 0.01 0.1
1
10
100
时间 log secs
应力松弛谱图
• 瞬时阶跃响应时间小于5 ms • 应变没有过冲 • 快速的模量衰减 - 粘性样品
锥板的不利之处
• 溶剂产生挥发
• 顶点处 的小间 隙，在测量带粗 糙填料的体系时 受到限制
杯 和 转子 (同轴圆桶)
• 很宽的间隙 (11.5mm)，适合填充 材料
• 更大的表面积，测 量稀薄液体时更灵 敏
• 减少了挥发
杯和转子的不利ห้องสมุดไป่ตู้处
• 清除样品更困难
• 与 Peltier 或其它 平板加热体系， 兼容性相对较差
• 这个流动能够描述为应变随时间变化的函数关系
Force, F
Constant velocity, v h
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
Force, F
Constant velocity, v h
剪切粘度
粘度 = 剪切应力 剪切速率
• 单位:
– Pascal second - Pas (SI)
– Poise
- P (CGS)
• 单位换算:
– 1 Pas = 10 P 或 1 mPas = 1 cps
fg6药剂学流变学基础
液体或半固体制剂：糖浆、某些软膏等 其它材料：钻井泥浆、土壤
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
直线
凹型曲线 凸型曲线 环形曲线
四、粘弹性〔viscoelasticity〕
❖ 粘弹性——高分子物质或分散体系具有粘性和弹性 双重特性
❖应力缓和〔stress relaxation〕——物质被施加一 定的压力而变形，并使其保持一定应力时，应力随 时间而减少的现象
即剪切应力S与剪切速度D成正比---牛顿流动定律
—— 粘度或粘度系数，是表示流体粘度的 物理常数，是流变曲线斜率的倒数 单位Pa·s〔SI单位〕
❖牛顿流体：服从牛顿流动定律的液体 ❖牛顿流体的特点： ①一般为低分子的纯液体或稀溶液 ②在一定温度下，牛顿液体的粘度为常数，它
只是温度的函数，随温度升高而减小
❖掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要－－ 相体积比、粒度、粘度等
相体积比： ✓ φ<0.05，牛顿流动 ✓ φ ——流动性下降，假塑性流动——塑性流动 ✓ φ接近0.74——相转移，粘度 ，粒径 粒径：
粒径较大时，在同样的平均粒径条件下，粒 度分布范围广的系统粘度低 连续相粘度： ✓切变速度 ——粘度 〔液滴间距离增大〕 ✓乳化剂类型、浓度
一切流体的流变性都可以用切变速度D与 剪切力S之间的关系曲线来描述，这种关系曲 线称为流变曲线〔粘度曲线〕。不同流变性 的流体具有不同的流变曲线，根据流变曲线 的不同，流体可以分为以下几种：
一、牛顿流体
二、非牛顿流体
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
第十四章 流变学基础
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
直线
凹型曲线 凸型曲线 环形曲线
四、粘弹性〔viscoelasticity〕
❖ 粘弹性——高分子物质或分散体系具有粘性和弹性 双重特性
❖应力缓和〔stress relaxation〕——物质被施加一 定的压力而变形，并使其保持一定应力时，应力随 时间而减少的现象
即剪切应力S与剪切速度D成正比---牛顿流动定律
—— 粘度或粘度系数，是表示流体粘度的 物理常数，是流变曲线斜率的倒数 单位Pa·s〔SI单位〕
❖牛顿流体：服从牛顿流动定律的液体 ❖牛顿流体的特点： ①一般为低分子的纯液体或稀溶液 ②在一定温度下，牛顿液体的粘度为常数，它
只是温度的函数，随温度升高而减小
❖掌握制剂处方对乳剂流动性的影响非常重要－－ 相体积比、粒度、粘度等
相体积比： ✓ φ<0.05，牛顿流动 ✓ φ ——流动性下降，假塑性流动——塑性流动 ✓ φ接近0.74——相转移，粘度 ，粒径 粒径：
粒径较大时，在同样的平均粒径条件下，粒 度分布范围广的系统粘度低 连续相粘度： ✓切变速度 ——粘度 〔液滴间距离增大〕 ✓乳化剂类型、浓度
一切流体的流变性都可以用切变速度D与 剪切力S之间的关系曲线来描述，这种关系曲 线称为流变曲线〔粘度曲线〕。不同流变性 的流体具有不同的流变曲线，根据流变曲线 的不同，流体可以分为以下几种：
一、牛顿流体
二、非牛顿流体
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
第十四章 流变学基础
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。
剪切应力和剪切速度
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
操作效率的提高
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第二节
一、牛顿流动
流变性质
理想的液体服从牛顿粘度法则(1687年，牛顿 定律，Newtonian equation)， 即剪切应力S与 剪切速度D成正比： S=F/A=D D为剪切速度，S为剪切应力，F为A面积上施 加的力， 为粘度或粘度系数[单位Pa· s， 1Pa· s=10P(泊)]，流度(fluidity)：=1/,即粘度 的倒数。 运动粘度：粘度与同温度的密度 之比值(/),再乘以106，单位mm/s。
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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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(一)塑性流动(plastic flow)
塑性流动：不过原点；有屈服值S0；当切应力 S< S0时，形成向上弯曲的曲线；当切应力S> S0时，剪切速度D和剪切应力呈直线关系。 塑性(plastisity) 屈服值(yield value)：引起塑性 液体流动的最低切应力S0 。 塑性粘度(plastic viscosity):塑性液体的粘度pl。 塑性液体的流动公式：D=(S- S0)/pl D为切变速度，S为切应力， S0 为屈服值， pl 为塑性粘度。 在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较高的 乳剂、混悬剂、单糖浆、涂剂。
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塑性流体的结构变化示意图
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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。
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 板黏度计源自蠕变性质的测定方法21
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
流动方程式(rheological equation):表示流动曲线 形状的数学关系式。
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;
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·
假塑性流体的结构变化示意图
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··
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：·
22
思考题:
1叙述流体的流动类型,并画图表示.
胀性流体的结构变化示意图
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 是存在一定的时间差）·
第二篇：药物制剂的基本理论
第十四章：流变学基础
主讲人 纪宏宇
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
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
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)。
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 的曲线。
第十四章:流变学基础
（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
（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 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 所需施加的这种力称剪切应力。
3)原因：····
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。
5
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
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.
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；
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； 4)其流动公式为D=(S－S0)/ η·
塑性流体的结构变化示意图
12
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
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 板黏度计源自蠕变性质的测定方法21
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
流动方程式(rheological equation):表示流动曲线 形状的数学关系式。
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;
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·
假塑性流体的结构变化示意图
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··
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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思考题:
1叙述流体的流动类型,并画图表示.
胀性流体的结构变化示意图
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 是存在一定的时间差）·
第二篇：药物制剂的基本理论
第十四章：流变学基础
主讲人 纪宏宇
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
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
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)。
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 的曲线。
第十四章:流变学基础
（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
（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 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 所需施加的这种力称剪切应力。
3)原因：····
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。
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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
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.
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；
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； 4)其流动公式为D=(S－S0)/ η·
塑性流体的结构变化示意图
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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