Rheology流变学基础资料

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（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性变形（plastic deformation）。
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（Viscosity）。 流动也视为一种非可逆性变形过程。
表征体系流变性质的两个基本参数：
1. 在单位液层面积（A）上施加的
y
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（sheari
g force）,单位为N/m2，以S表示。
2.剪切速度（rate of shear）， 单位为S-1，以D表示。
第二节 流变性质
一．牛顿流动
牛顿粘度定律：纯液体和多数低分子溶液在层流条件下 的剪切应力（S）与剪切速度（D）成正比。遵循该法则的 液体为牛顿流体。
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。
切变应力与切变速率
在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移 动的液层叫层流（如下图），由于各层的速度不同，便形 成速度梯度du/dy，这是流动的基本特征。
u
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）塑性流动(plastic flow) 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，得屈伏值（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伏值S0：
S F D 或 D 1 S
A

式中，η——粘度或粘度系数，是表示流体粘性的物理 常数。单位为泊，1P= 0.1N·S ·m-2，SI单位中粘度用Pa·S 或 Kg/(m·s)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）。
下表中表示制剂研究中常用的各种液体在20℃条件 下的粘度。
D

S
S0

(b)塑性流动
η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降 伏值，单位为dyne·㎝-2。
塑性流体的结构变化示意图
塑性流动的特点：不过原点；有屈伏值S0； 当切应力S< S0时，形成向上弯曲的曲线； 当切应力S> S0时，切变速度D和切应力呈 直线关系。
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。
（三）胀性流动（dilatant flow）
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）。
胀性液体的流动公式： D= Sn /a n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。
触变性的测定可以通过计算滞后环状曲线所包围的 面积，推测由触变流动而产生的结构的破坏和恢复原 来状态的程度。通过这种方法可以控制制剂的特性和 产品的质量。
流变学基础
第一节 概 述
一．流变学的基本概念
流变学——来源于希腊，由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。
变形：对某一物体外加压力，其内部的各部分的形状和 体积发生的变化。主要与固体的性质相关。
对固体施加外力，则固体内部存在一种与外力相对抗的 内力使固体恢复原状。此时在单位面积上存在的内力称为 应力（Stress）。
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。
在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较 高的乳剂和混悬剂。
（二）假塑性流动（pseudoplastic flow） 随着S值的增大粘度下降的流动现象称为假塑性流动。
D
1
a

S
n
(n
Baidu Nhomakorabea

1)
（c）假塑性流动
式中，ηa ——表观粘度（apparent viscosity）。 假塑性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度增大， 形成向下弯的上升曲线，粘度下降，液体变稀。
（四）触变流动(thixotropic flow)
当对普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂进行搅拌时 ，由于其粘度下降，故流体易于流动。但是，放置一段时 间以后，又恢复原来的粘性。象这种随着切变应力的下降 ，其粘度下降的物质，即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）。
（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， 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，流动曲 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。
其流动曲线的特性表现为剪切应力的下降曲线，并 与上升曲线相比向左迁移。在图上表现为环状滞后曲 线。也就是说，用同一个S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。即所谓的触变性 是施加应力使其流体产生流动时，流体的流动性暂时 性增加。
（e）触变流动
产生触变的原因：对流体施加切应力后，破坏了液体内 部的网状结构，当切应力减小时，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， 它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性液体、触 变性胀性液体。