流变学基础及应用
流变学基础及应用,S,MZ,HU,HH,Welcome,使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺括，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下降，而静止时又要具备一定的屈服应力，以保持坚挺。,牙膏一个典型的流变学问题,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 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,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,www.physica.de,变 形 行 为,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, 流变学的发展历史, 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。” 江体乾, 流变学的研究内容, 流变学的研究范围及方法,物质状态,性能表现,依据原理,研究方法,稳态流变学,动态流变学,Simple Test Methods,铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”,手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”,2 流变行为的研究工具粘度计及流变仪,定性！, 简单测试,Bostwick稠度计（Consistometer）,1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path,测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度,schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer, 粘度计,Falling-Ball Viscometers,DIN 53015 ISO 12058,measuring tube including the ball,stand,thermometer,jacket, for temp. control, 落球粘度计,HAAKE,GENEQ,e.g. for pastes and paste-like printing inks,weight,printing ink,falling rod,falling rod viscometer (Laray),Falling-Rod Viscometers, 落杆粘度计,according to ASTM D803 and D1545,check mark,Gas bubble rises after turning the tube. Viscosity evaluation by comparison to a set of tubes, 气泡粘度计,Bubble Viscometers,Water-Clock (Klepsýdra) for time measurements since 3500 years in Egypt e.g. 5 l corresponds to 6 min flow time, 流杯,Flow Cups,measurement of the flow time determination of the kinematic viscosity, 流杯,Flow Cups,ISO DIN Ford (ASTM) Zahn Engler Shell,DIN ISO, 流杯,Capillary Viscometers, 玻璃毛细管粘度计, 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, Brookfield 粘度计,spindles as relative measuring systems: cylinders disks pins T-bar, 旋转流变仪绝对测量系统,圆筒状转子（Cylinder） not recommended for pastes (air bubbles),锥板转子（Cone-Plate） with dispersions only useful for particles under 5m,平行板（Parallel-plates） useful for gels and pastes,旋转及振荡流变仪（rotational and oscillatory rheometers） according to DIN 53019 and ISO 3219, HAAKE旋转流变仪,HAAKE Exten CaBer1,HAAKE RheoScope,HAAKE RheoStress1,HAAKE RheoStress600,HAAKE RotoVisco1, TA旋转流变仪,AR500,AR1000,AR2000,ARES,ARES-1s,ARES-rda,ARES-rfs, Bohlin旋转流变仪,BohlinCVO,BohlinC-VOR,BohlinGemini,BohlinV88, Physica旋转流变仪,RheolabMC1,SmartPave,MCR300、500,MCR301、501,ACS16/32, 毛细管流变仪,Poiseuille-Hagen定律,毛细管流变学的基础!,DP,2R, 毛细管流变仪,HAAKE RheoCap S20,HAAKE RheoCap T1000,RH7D & RH10D,RH2100/2200, 毛细管流变仪的功能,在聚合物工业中，无论旋转流变仪还是毛细管流变仪，其作用都是： 模仿聚合物加工过程中的流动和变形行为！,log /s-1,DMA Osc. / Rot. rheometer,High pressure capillary rheometer,Viscosities: (low-), middle- to high-viscous Quantities: Shear- and extensional viscosity, wall slip relaxation, PVT, Flow instabilities,10-1,10-3,Levelling,104,101,Extrusion, Injection Moulding,100,102,Mixing,103,106,Roll Coating, Spraying,Viscosities: low viscous to solid-like Quantities: Shear viscosity, yield, viscoelastic properties, relaxation etc.,Non-destructive Oscillarory shear,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,3 稳态流变学流动行为,基本概念：剪切应力、剪切速率、粘度 牛顿流体的流动行为 非牛顿流体（剪切依赖型）的流动行为：剪切稀释、剪切增稠、屈服值 时间依赖型：触变性、震凝性 温度依赖型,Shear stress,Shear rate, 剪切应力及剪切速率,剪切应力,单位面积所受的作用力,剪切速率,1,s,s,1,m,s,m,h,v,D,-,=,ú,û,ù,ê,ë,é,=,ú,û,ù,ê,ë,é,×,=,=,g,),(,&,Strain,应变,单位长度的伸长,constant,m,m,h,v,=,ú,û,ù,ê,ë,é,=,g,=,dg,dt,单位时间的应变，也称为“剪切梯度”、“速度梯度”、“应变率”、“变形率”）,Typical Shear Rate Ranges,Application: Sedimentation of Dispersions,in the beginning,herbs in salad dressing,after 15min,Application: Levelling and Sagging of a Coating,200 µm,0.5 m/s,Calculation of the shear rate,Application: Coating, Painting, Brushing,Application: Automotive Coatings,a) Plastisols: seam sealing, under body spraying, cavity conservation b) Primer c) Coatings: filler, base coat, top coat, clear coat,Application: Offset Printing Inks,ink container,plate cylinder,rubber cylinder,rubber cylinder,1 ductor 2 film roller 3 transfer roller 4 rubber 5 cylinder to apply the paint 6 7 clammy ductor 8 clammy rubber 9,paper web,（剪切）粘度（(shear) viscosity）： 1 Pas = 1000 mPas 1 MPas = 1000 kPas = 1 Mio. Pas 以前所用
