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第三章 高分子流体的流变模型 3.1 牛顿流体模型 特鲁顿公式： 拉伸黏度与剪切黏度还符合以下关系： 3.2 广义牛顿流体 对于高分子流体来说，在一定的流场作用下，其内部结构可能会发生变化，从而引起黏度的变化。 幂律定律： 如果将低剪切速率考虑进去的话，则： ?0为零切黏度 幂律定律中，n为常数，与温度无关；k和?一样，都是温度的函数. 卡洛模型 ?0是零切黏度 ?∞是剪切速率是无穷大时的另一个平衡黏度。 ?是松弛时间，n为参数，与剪切速率无关。 对于大多数高分子液体来讲，当剪切速率达到一定值时，大分子链发生降解， ?∞可以取零。 3.3 幂律流体模型3.3.1幂律方程 流体流动曲线 3.3.2 假塑性流体 特征：当剪切应力τ或剪切速率增加时, 表观粘度随之减小。 假塑性流动的特点：没有屈服值；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。 高分子流动曲线分析 在流动场中分子链的形态发生变化的结果。 分子量超过临界值: 缠结和解缠结；相互作用力 物理交联点破坏与重建导致黏度变化 第一牛顿，第二牛顿区域，物理交联点的变化 极高剪切速率下：不稳定流动，发热 假塑性流体剪切变稀的内部形态变化机制 3.3.3 胀塑性流体（膨胀性流体） 特征：流体的表观黏度随切变速度的增加而增加，剪切稠化。悬浮物，涂料，泥浆，淀粉，凝胶等。 颗粒分散，不是团聚，分散相黏度足够大，分散介质侵润性很小，甚至不侵润。 原因：剪切应力不大，颗粒是分开的；剪切应力增大，颗粒接触机会增加，搅在一起，增加阻力。搅拌速度越高，阻力越大；浓度大小，这种结构不易形成；浓度太高，剪切增稠不明显。当应力去除后，这种聚集结构又松散开来，黏度降低。 没屈服值；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。 胀塑性流体剪切变稠的内部形态变化机制 悬浮液静止时，其中的固体粒子堆积紧密，空隙小，并充满了液体，当剪切作用较小时，固体粒子在液体的润滑作用下产生相对滑移，保持原有紧密堆砌下进行移动，故悬浮液有恒定的表观粘度，表现为牛顿流动；当剪切作用进一步增强时，粒子间碰撞增大，粒子间空隙增大，总体积增加，但粒间液体不能再充满空隙，因此粒间润滑作用减小，阻力增大，表观粘度增大。 PVC糊及少数含有固体物质的聚合物熔体. 3.5 触变性流体 流体受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度又增加或受到剪切时，稠度变大，停止剪切时，稠度又变小的性质。即一触即变的性质。 剪切速率不变，黏度随着时间增加而减少。 特点： (1)从有结构到无结构，或从结构的拆散作用到结构的恢复作用是一个等温可逆转换过程； (2)体系结构的这种反复转换与时间有关，即结构的破坏和结构的恢复过程是时间的函数。触变性是体系在恒温下“凝胶-溶胶”之间的相互转换过程的表现。触变体回复需要时间 (3) 在一定剪切速率下，应力从最大值减小到平衡值。 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。 产生触变的原因：触变性流体通常具有三维网络结构，称之为凝胶，由分子间的氢键等作用力而形成；由于这种键力很弱、当受剪切力作用，它很容易断裂，凝胶逐渐受到破坏，这种破坏是有时间依赖性的，最后会达到在给定剪切速率下的最低值，这时凝胶完全破坏，成为“溶胶”。 当剪切力消失时，凝胶结构又会逐渐恢复，但恢复的速度比破坏的速度慢得多。触变性就是凝胶结构形成和破坏的能力 。 不同的触变流体在同样的剪切历史下滞后圈是不同的。同一液体在不同历史下，滞后圈也不同。 触变性材料是具有时间依赖性的假塑性体；但是假塑性体不一定是触变体。 3.6 震凝性流体 触变性流体的时间－粘度曲线 触变性的图示 粘度随剪切的时间下降达到最低值（“溶胶”状态），静止后结构恢复，最后恢复到凝胶状态，但恢复需要的时间长得多 不同的触变性表现为粘度恢复的快慢，虽然完全恢复需要较长时间，但初期恢复的比例常会在几秒或几分钟内达到30％～50％。这种初期恢复性在实际应用中很重要。对涂料、化妆品和药物等生产和应用十分重要。 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。 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