结构流体的流变性试验

根据定义，流体材料是在受到压力时流动的系统欧洲杯足球竞彩。分析它们对输入应力的响应是流变学测试的主要目标，这可能是一个复杂的问题。

流体材料可广欧洲杯足球竞彩泛地分为简单流体和结构流体。简单流体是由均相组成的物质，如纯物质欧洲杯足球竞彩或溶液。欧洲杯足球竞彩由多相组成的物质，如非混相液体的乳化液、泡沫中的气体颗粒、分散在液体中的固体颗粒以及由多相结构构成并表现出复杂流动行为的半固体，称为结构化流体。欧洲杯猜球平台这是因为它们的组分之间的相互作用通常决定了它们的流变行为。

结构化的液体

结构流体的稳定性受到多种因素的影响。分散剂中的液相粘度对分散剂的流动特性有很大的影响。颗粒形状、大小和浓度等因素，以及与分散悬浮的连续相的任何吸引力，也会影响分散的性能。

悬欧洲杯猜球平台浮粒子之间存在静电斥力或空间位阻力时形成网状结构，使悬浮在不受干扰时保持稳定。这种微妙的结构可以被剪切甚至布朗运动破坏，从而影响流体的粘度。图1显示了结构流体的复杂流动行为(牛顿流体行为)。

图1所示。结构流体的粘度与剪切速率和颗粒浓度的函数

大多数材料的黏度在较高的剪切速度和应力反应速率下降低。欧洲杯足球竞彩这种现象称为剪切变薄，随着固体颗粒体积浓度的增加，剪切变薄逐渐变大。欧洲杯猜球平台当固体含量较高时，低剪切速率粘度区消失，物料开始屈服。

某些材料的黏度在剪切变薄区域后随着速率或应力欧洲杯足球竞彩的增加而增加，通常是由施加的剪切引起的结构重排的结果。这种行为称为流动诱导剪切增厚。

特性流量参数及功能

宾汉流动

根据尤金·宾厄姆的说法，要使大多数真实的流体流动，必须达到临界应力水平。这种材料在临界应力(τy)以下就像固体一样，吸收应力能量而不流动。当达到临界应力阈值时，材料屈服流动。宾汉流体是在屈服应力以上表现出牛顿流动欧洲杯足球竞彩的材料。

塑性流动

许多材料在欧洲杯足球竞彩屈服后并不表现出牛顿流动，而是经历粘度的下降，直到达到一个平台。牙膏、钻井泥浆、口红都是非牛顿材料，在屈服应力作用下会被剪切变薄。欧洲杯足球竞彩

假塑性和膨胀

假塑性材料如油漆和化妆品表现欧洲杯足球竞彩出非线性行为，但没有屈服应力。一旦施加应力，它们就会立即流动。它们也表现出剪切变薄的行为。图2描绘了不同材料的粘度与剪切速率的关系图。欧洲杯足球竞彩

图2。粘度与不同类型的材料的剪切速率

有些物质，如流沙和潮湿的沙滩沙，在搅拌或剪切欧洲杯足球竞彩时粘度增加。这种现象称为剪胀或剪切增厚。材料的不稳定性和相分离或结构重排是剪切增厚的原因。

触变性

大多数流体材料的稳态依赖于内部网络结构的稳定，而内部网络结构在欧洲杯足球竞彩剪切作用下会被破坏，重建需要一定的时间。在结构破坏和重建之间建立平衡后，粘度达到一个平台。在去除应力后，材料会重建其内部网络，从而恢复其粘度(图3)。这种现象称为触变性。

图3。采用小应变幅振荡试验监测了结构在前一次剪切后的重建

震凝

当应用恒定的剪切速率时，触变流体的粘度随时间下降。相反，流变流体的粘度，如胶乳颗粒或塑性溶胶的密集悬浮，在施加剪切力时增加。粘剪率曲线形成一个迟滞回路，迟滞有无限重复的可能。

这是区分真实和表面流变行为的一种方法。物理上或化学上发生变化的流体(溶剂蒸发和胶凝)的粘度也会随着剪切的应用而增加。然而，这些改变是不可逆的，因此不代表真正的流变固定术。

时间依赖-蠕变和蠕变恢复

胡克和牛顿材料在施加的输入应力或应变率下立即欧洲杯足球竞彩响应。即使施加的应力高于临界应力欧洲杯足球竞彩或屈服点，粘弹性材料也不会立即响应恒定的流动。当应力被消除时，它们会恢复到原来的状态，但这是逐渐的，通常是不完全的。这种现象叫做蠕变。

材料的屈服应力可以通过蠕变研究来确定(图欧洲杯足球竞彩4)。当应力小于屈服应力时，材料就像固体一样，完全恢复。不完全回复表明材料已达到其屈服应力。

图4。确定屈服点的一系列蠕变试验

流变测试方法

屈服应力和应力斜坡

屈服应力是生产中的一个关键参数，决定了将产品装入容器或开始通过管道泵送所需的力。屈服应力通常是通过应力斜坡测试来测量的(图5)。在粘度最大值时的应力是屈服应力的测量值，对于大多数结构化流体来说，这是很容易测量的。

图5。基于最大粘度法在应力斜坡上的化妆品膏体屈服应力测量

临界应变和应变扫描

粘弹性材料在临界应变水平gc以下表现为线性流变特性，超过临界应变水平gc则表现为非线性特性，储存模量下降。因此，测量存储和损耗模(G’，G”)的振幅依赖性是表征粘弹性行为的第一步。材料的线性度由应变扫描确定(图6)。胶态力的强度由tan d = (G " /G ')表示。对于稳定的系统，首选中间的tan d。

图6。张力扫描为水性丙烯酸涂层

结构和频率扫描

定义线性粘弹性流体区域后应变扫描,扫描频率在应变小于临界应变(γc)可以用来描述流体的结构获得洞察胶体的影响力量,和液滴之间的相互作用或粒子。欧洲杯猜球平台频率扫描的测量是在稳定的振荡振幅和温度下的振荡频率范围内进行的。

在临界应变以下，频率通常不会对弹性模量G '产生影响，这与结构材料或固体类材料的预期一样。当弹性模欧洲杯足球竞彩量与频率相关时，材料表现得更像流体(图7)。

图7。在模拟火箭推进剂材料上的频率扫描:在高应变振幅(G ' >G ')下表现出更像流体的行为，在低应变(G ' >G ')下表现出更像固体的行为。

屈服应力和蠕变恢复

蠕变试验可以分析试样的时变特性，提供了关键参数，如平衡柔度(J_eo)和零剪切粘度(ηo)来测量材料的弹性反冲(图8)。在允许试样在负载下蠕变后，为了获得其弹性行为，在去除附加应力后测量其恢复程度。

图8。曲奇面团的蠕变恢复

结构变化和触变环

触变材料的结构在施加的剪切作用下分解，在站立时恢复。这一特性对化妆品和油漆等产品至关重要。平整油漆需要一个时间延迟，在此之后，油漆必须能够重建其粘度，以避免滴和下垂。这种行为在食品如蛋黄酱中也很重要。三种手部乳液的触变性如图9所示，其中曲线之间的面积代表触变性的程度。

图9。手部洗液的触变性- 25°C压力斜坡

流量曲线和阶跃剪切速率

一种材料的加工和性能数据可以从其与剪切速率相一致的粘度得到。欧洲杯足球竞彩材料在储存条件下表现出低剪切速率行为。欧洲杯足球竞彩由于结构差异，在流动曲线一端具有相同特性的材料在另一端的特性可能会有所不同(图10)。

图10。两种胶粘剂分散剂的流动曲线。产物在高剪切速率下差异显著。

振荡温度斜坡的温度依赖性

图11显示了一个动态温度梯度研究，涉及以1.5°C/min的速度将卡拉胶从70°C冷却到20°C，并将样品保持在较低温度1h。该材料在冷却期间经历了高应变(10%)，但在等温期间的应变非常低(0.1%)，以避免破坏在低温下创建的结构。

图11。卡拉胶温度梯度用于再现生产周期、存储或使用条件

通过动态温度斜坡研究，可以模拟生产、储存和使用条件，或评估产品(如化妆品)的长期稳定性。使用流变性试验，无需昂贵的批量研究就可以预测材料的行为。

应力松弛

应力松弛实验观察当试样处于由阶跃应变变形产生的外加应变下时，试样随时间所经历的应力衰减。应力松弛剖面对于经历重复应变的材料是至关重要的，以确定在一个典型使用的时间尺度上应力耗散的可能性欧洲杯足球竞彩。图12显示了在23°C条件下，在1%的应变下，人类软骨的应力松弛。

图12。人软骨的应力松弛行为

液体Mater欧洲杯足球竞彩ials-Applications

装饰和防护涂料

通过流变学试验可以测量装饰和防护涂层在整个使用周期中发生的关键流变学变化。涂层的可刷性、抗飞溅性、平整性和下垂性是受流变学影响的主要性能方面。横向流动和减少涂层相邻区域厚度差异的能力称为水平流动。流平影响颜色、光泽、平滑度和机械性能。表1比较了六种乳胶漆在25%应变下的复合粘度的调平性能的主观排名。

表1。乳胶漆调平性能与复合粘度的比较

油漆类型	样本数量	水准测量的行为	粘度(Pa s) @25%应变
搪瓷	一个	好	18
同上的	B	公平	75
同上的	C	可怜的	284
平	D	Fair-Good	25
同上的	E	公平	35
同上的	F	非常贫穷的	57

涂层沿垂直表面向下的不良流动称为下垂，这取决于涂层在低剪切速率下的厚度和粘度。喷溅阻力是指涂层的弹性，主要取决于流体的拉伸粘度。弹性模量(G’)测量在高应变有助于预测飞溅阻力。可刷性与剪切速率对粘度的影响有关。涂刷假塑性涂层比涂刷牛顿流体容易。

印刷油墨

主要有两类油墨，一类是用于图形艺术和电子工业的丝网印刷，另一类是用于印刷报纸。虽然它们的成分不同，但它们有一个共同的特点:流变复杂性。由于油墨具有触变性，丝网印刷成为可能。用于测量屈服应力的动态测试，如触变分析和应变、温度和频率扫描，以及瞬态应力斜坡测试，都用于支持图形油墨的开发。

这些动态测试也有助于提高厚膜电阻器、焊料、电极、电容器和热固性导体浆料在高速丝网印刷电子电路元件和电路板上的应用。为了更好地表征报纸油墨的性能，需要进行稳定和瞬态剪切研究、法向应力和拉伸粘度测量等测试。这是因为它们在通过印刷机的钳口时，经历了高剪切速率和突然的剪切速率和剪切方向变化(图13)。

图13。三种型号油墨的粘度和剪切应力与剪切速率。低速率下应力的平台值为屈服应力。

软固体

软固体如花生酱、牙膏和水泥具有相对较低的模量，但由于在应用非常小的变形时具有高度弹性响应和内部结构，因此呈现出固体性质。然而，在应用较大的变形时，它们表现出复杂的流动行为。它们通常具有屈服应力，由于它们在低应变时的类固体行为而难以加工。在开始流动后，速度剖面可以表现出层流和塞流的特性，特别是在屈服应力和壁滑移等现象的存在下。

然而，现代流变仪能够测量软质固体在类似加工条件下的粘弹性响应，为工艺设计提供信息。旋转剪切测量可以得到软质固体的黏度与剪切速率的响应，从而提供关于流动开始或流速变化时的瞬态行为的数据。软质固体的结构可以通过在低应变下进行动态力学测试来确定。通过控制应力测试(蠕变、应力斜坡)，可以在屈服点以上或以下的应力水平上对软固体进行表征(图14)。

图14。工艺干酪的储存模量G′的应变依赖性随抽运性的变化而变化

聚合物解决方案

溶解在溶剂中的聚合物被广泛用作粘合剂和涂料。此外，添加了表面活性剂，聚合物溶液为涂料、化妆品、洗涤剂和其他回收液提供了基础。稳定和动态流变试验都可以用来评价这些材料。欧洲杯足球竞彩聚合物溶液可以通过稳定和动态流变测试进行评估。用于提高采收率的聚合物溶液在长时间使用后会失去其效率，这是因为在井筒中旋转钻头引起的高剪切速率下，聚合物的剪切降解会导致永久的粘度降低。通过高分子量聚合物和表面活性剂的结合，可以形成高粘度的免疫剪切降解复合物(图15)。流变试验，特别是动态时间试验，被广泛应用于分析反应体系的溶液，以测量它们在反应过程中所经历的粘弹性变化，以及产物形成所需的最终形式。

图15。0.5% hmHEC水溶液样品在1-1001 /s以下的剪切速率下，与CTAB和TTAB浓度的零剪切粘度

磁悬挂

一种分散在聚合物溶液中的针状氧化铁粒子的混合物被用于制造磁性涂层，用欧洲杯猜球平台于硬盘和软盘，以及音频、视频和数字记录介质等产品。对于这些应用，了解磁性涂层在低应力和高剪切速率下的行为是至关重要的。

高剪切速率粘度有助于估计泵送压力和涂层辊分离力和扭矩。屈服应力对旋转涂布的平整、厚度均匀性和凹版涂布的检出起着至关重要的作用。屈服应力对干燥性能和流动稳定性也有影响。粒子之间的磁力、它们的拓扑结构以及它们被外部磁场定向的程度欧洲杯猜球平台可以从剪切模量中测量出来(图16和17)。

图16。施加低于其屈服应力2 Pa的应力后，模型磁悬浮的蠕变和蠕变恢复

图17。在施加其屈服应力(20 Pa)和相当高的应力后，模型磁悬浮的蠕变和蠕变恢复

体液

流变学测试有助于在制药、医疗和个人卫生产品的不同研究和开发阶段对人类和动物体液有新的认识。例如，使用稳定、动态和瞬态测试，对合成多肽进行表征和评价，以观察生物流体中的蛋白质网络形成;探索一些侧基在自然发生的蛋白质中的作用;研究血液凝固的机制;并开发用于绷带和卫生巾评估的合成体液(图18)。

图18。四聚刀豆蛋白A对血小板-纤维蛋白凝块硬度(G′)和收缩力的影响

流体流变性-案例研究

预测食品的质地

由于消费者健康意识的提高，低脂食品有很大的市场潜力。然而，他们的口型是一个主要问题。低脂肪含量食品的流变特性是不同的(图19)。在消费过程中，粘度的变化会对消费者的传播观和口感产生负面影响。G '(存储能量)越低，产品长期稳定的问题就越严重，这也会对消费者的偏好产生负面影响。

图19所示。花生酱频率扫描低和高脂肪含量

浸入式学习

许多不同类型的材料在浸泡条件下被利用。欧洲杯足球竞彩干式和原位测试显示出明显不同的行为剖面。必须监测材料在其应用中所遇到的条件下的应力消散能力和频率依赖程度。图20显示了纤维蛋白凝胶在宽频率范围内浸泡在水中的行为。如果没有这样的现场测试，就不可能确定产品的适用性。

图20。对浸过的纤维蛋白凝胶进行频率扫描

PVC凝胶的溶胶-凝胶转变

聚合物凝胶是由柔性链通过物理或化学作用生成的三维网络。溶胶-凝胶转变是指从液态(溶胶)到固态(凝胶)的转变，凝胶点是临界转变点。如果损失正切随浓度的变化与频率无关，则可以从流变学上确定凝胶点。

图21显示了聚氯乙烯在邻苯二甲酸铋(2-乙基己基)中(聚氯乙烯在DOP中)从0.1到100 rad/s的一系列频率下tan δ的浓度依赖性。从tan δ(恒定频率)与浓度的多频率图的共同点可以很容易地推导出凝胶点。

图21。PVC凝胶的溶胶-凝胶转变

该信息已从TA Instruments提供的材料中获取、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

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