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第14章 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）。 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 deformati- on），而非可逆性变形称为塑性变形（plastic deformat- ion）。 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。 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 y 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。 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。 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。 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： η——塑性粘度（plastic viscosity）；S0——屈伏值、致流值或降伏值，单位为dyne·㎝-2。 (b)塑性流动 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。 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。 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。 （c）假塑性流动 （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）。 （d）胀性流动 胀性液体的流动公式： D= Sn /?a n1，为胀性流体； 当n接近1时，流动