粘度测试

实验三十 黏度的测定和应用

(一) 溶液黏度的测定

【实验目的】

1. 掌握用奥氏黏度计测量溶液黏度的方法。

2. 了解黏度的物理意义、测定原理和方法。

【实验原理】

当流体受外力作用产生流动时，在流动着的液体层之间存在着切向的内部摩擦力。如果要使液体通过管子，必须消耗一部分功来克服这种流动的阻力。在流速低时管子中的液体沿着与管壁平行的直线方向前进，最靠近管壁的液体实际上是静止的，与管壁距离愈远，流动的速度也愈大。

流层之间的切向力f 与两层间的接触面积A 和速度差Δv 成正比，而与两层间的距离Δx 成反比：

x A f ∆∆=ν

η (1)

式中，η是比例系数，称为液体的黏度系数，简称黏度。黏度系数的单位在C.G.S.制中用“泊”表示，在国际单位制(SI)中用Pa ·S 表示，1泊=10-1Pa ·S 。

液体的黏度可用毛细管法测定。泊肃叶(Poiseuille)得出液体流出毛细管的速度与黏度系数之间存在如下关系式：

VL t

pr 84πη= (2)

式中，V 为在时间t 内流过毛细管的液体体积；p 为管两端的压力差；r 为管半径；L 为管长。按(2)式由实验直接来测定液体的绝对黏度是困难的，但测定液体对标准液体(如水)的相对黏度是简单实用的。在已知标准液体的绝对黏度时，即可算出被测液体的绝对黏度。设两种液体在本身重力作用下分别流经同一毛细管，且流出的体积相等，则

221

12

12242114188t p t p VL t p r VL t p r =⇒=

=

ηηπηπη (3) 式中，p ＝ hgρ，其中h 为推动液体流动的液位差；ρ为液体密度；g 为重力加速度。如果每次取用试样的体积一定，则可保持h 在实验中的情况相同，因此可得：

第二篇 基础实验

2 221121

t t ρρηη= (4)

若已知标准液体的黏度和密度，则可得到被测液体的黏度。本实验是以纯水为标准液体，利用奥氏黏度计测定指定温度下乙醇的黏度。

【仪器试剂】

恒温槽1套；奥氏黏度计1支；移液管(10mL ，2支)；吹风机1

支。

无水乙醇。

【实验步骤】

1. 将黏度计(见图2-30-1)用洗液和蒸馏水洗干净，然后烘干备用。

2. 调节恒温槽至(25.0 ± 0.1)℃。

3. 用移液管取10mL 无水乙醇放入黏度计中，然后把黏度计垂直

固定在恒温槽中，恒温5～10min 。

4. 用打气球接于D 管并堵塞2管，向管内打气。待液体上升至C 球的2/3处，停止打气，打开管口2。利用秒表测定液体流经m 1至m 2所需的时间。重复同样操作，测定5次，要求各次的时间相差不超过

0.3s ，取其平均值。

图2-30-1奥氏黏度计 5. 将黏度计中的乙醇倾入回收瓶中，用热风吹干。再用移液管取10mL 蒸馏水放入黏度计中，与前述步骤相同，测定蒸馏水流经m 1至m 2所需的时间，重复同样操作，要求同前。

【注意事项】

实验过程中，恒温槽的温度要保持恒定。加入样品后待恒温才能进行测定，因为液体的黏度与温度有关，一般温度变化不超过±0.2℃。

黏度计要垂直浸入恒温槽中，实验中不要振动黏度计，因为倾斜会造成液位差变化，引起测量误差，同时会使液体流经时间t 变大。

黏度计必须洁净，先用经2号砂心漏斗过滤过的洗液浸泡一天。若用洗液洗不干净，则改用5%的氢氧化钠乙醇溶液浸泡，再用水冲洗干净，直至毛细管壁不挂水珠，洗干净的黏度计置于110℃烘箱中烘干。

【数据处理】

1. 将实验数据列表。

2. 从附录中查阅所需数据，利用公式(4)求出乙醇的黏度。

思 考 题

1. 影响毛细管法测定黏度的因素是什么？

2. 为什么黏度计要垂直地置于恒温槽中？

3. 为什么用奥氏黏度计时，加入标准物及被测物的体积应相同？为什么测定黏度时要保持温度恒定？

【讨论】

实验三十黏度的测定和应用 3

1. 毛细管黏度计的毛细管内径选择，可根据所测物质的黏度而定，内径太细，容易堵塞，内径太粗，测量误差太大，一般选择测水时流经毛细管的时间大于100 s，在120 s左右为宜。

2. 可以用旋转黏度计法测液体的黏度，该法所测黏度为动力黏度(mPa·s)，公式为：η = k a，式中η为动力黏度，k为系数，a为黏度计指针所指读数(偏转角度)。

根据仪器特点选择合适的量程、系数、转子及转速进行物质的黏度测定

(二) 黏度法测定高聚物的摩尔质量

【实验目的】

1. 了解黏度法测定高聚物摩尔质量的基本原理和公式。

2. 掌握用乌氏(Ubbelohde)黏度计测定高聚物溶液黏度的原理与方法。

3. 测定聚丙烯酰胺或聚乙烯醇的摩尔质量。

【实验原理】

高聚物摩尔质量不仅反映了高聚物分子的大小，而且直接关系到它的物理性能，是个重要的基本参数。与一般的无机物或低分子的有机物不同，高聚物多是摩尔质量大小不同的大分子混合物，所以通常所测高聚物摩尔质量是一个统计平均值。

测定高聚物摩尔质量的方法很多，而不同方法所得平均摩尔质量也有所不同。比较起来，黏度法设备简单，操作方便，并有很好的实验精度，是常用的方法之一。用该法求得的摩尔质量称为黏均摩尔质量。

黏度法测高聚物溶液摩尔质量时，常用名词的物理意义，如表2-30-1。

表2-30-1 常用名词的物理意义

SP r

C

C

2

sp]

[

]

[η

κ

η

η

+

=(5)

C

C

r2

]

[

]

[

ln

η

β

η

η

+

=(6) 式中，κ和β分别称为Huggins和Kramer常数。这是两个直线方程，因此我们获得[η]的方法如图2-30-2所示。一种方法是以ηSP/C对C作图，外推到C→0的截距值；另一种是以