流变学基础及应用

falling rod
falling rod viscometer (Laray)
e.g. for pastes and paste-like printing inks
➢ 气泡粘度计
Gas bubble rises after turning the tube.
Viscosity evaluation by comparison to a set of tubes
➢ 流杯
Flow Cups
measurement of the flow time
determination of the kinematic viscosity
➢ 流杯 DIN ISO
ISO DIN Ford (ASTM)
Zahn Engler Shell
➢ 玻璃毛细管粘度计 Capillary Viscometers
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
➢ 落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
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
I. 流变学基础
The person in the picture: Thomas G. Mezger, Rheologist of Anton-Paar
➢ Stormer 粘度计
Preset: constant torque (shear stress) applied by a free falling weight (in grams)
Result: rotational speed of the measuring system
Bubble Viscometers
check mark
according to ASTM D803 and D1545
➢ 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
变形行为
www.physica.de
➢ 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）
➢ 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)粘性流体行为 粘弹性流动行为 粘弹性变形行为 (弹性)变形行为
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 稳态流变学
蠕变实验 弛豫实验 振荡实验
动态流变学
2 流变行为的研究工具—粘度计及流变仪
流变学基础及应用
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。
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
DIN 53015 ISO 12058
thermometer
HAAKE
GENEQ
measuring tube including the ball
stand jacket,
for temp. control
➢ 落杆粘度计
weight
Falling-Rod Viscometers
printing ink
— 江体乾
百度文库
➢ 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）
Hooke定律
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
• 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
➢ 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。”
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”
➢ 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