流变学及其应用
流变学基础及应用
h
r r
r3 P
毛细管流变学 8L Q 的基础!
P
Poiseuille-Hagen定律
2R
➢ 毛细管流变仪
HAAKE RheoCap S20
HAAKE RheoCap T1000
RH2100/2200
RH7D & RH10D
➢ 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！
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
流变学基础及应用
牙膏—一个典型的流变学问题
HH Welcome
使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺 MZ HU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
S 下降，而静止时又要具备一定的屈服应
力，以保持坚挺。
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
under 5m
➢ HAAKE旋转流变仪
HAAKE RotoVisco1
HAAKE RheoStress1
HAAKE RheoStress600
HAAKE RheoScope
HAAKE Exten CaBer1
➢ TA旋转流变仪
AR500
AR1000
AR2000
ARES
ARES-1s
ARES-rda
➢ 流杯
Flow Cups
measurement of the flow time
determination of the kinematic viscosity
流变学概述方案范文
流变学概述方案范文流变学是研究物质应变和应力之间关系的学科，其研究对象是液体和固体的变形在力学上的表现。
流变学的研究有助于我们了解材料的力学特性以及其在实际应用中的行为。
本文将概述流变学的基本概念、应变应力关系、流变学的应用以及流变学的研究方法和实验设备。
流变学的基本概念：流变学研究的主要对象是物质在受力作用下发生的变形现象。
物质的变形可以分为弹性变形和塑性变形两种情况。
弹性变形是指物质在受力作用下发生的可逆性变形，也就是物质在去除外力后能恢复到原始形态的变形。
而塑性变形则是指物质在受力作用下发生的不可逆性变形，去除外力后无法完全恢复到原始形态。
应变应力关系：在进行流变学研究时，我们需要了解物质的应变与应力之间的关系。
应变是指物质在受力作用下所发生的变形程度，可以分为线性应变和非线性应变。
线性应变是指物质在受力作用下的变形与受力大小成正比，而非线性应变则是指物质在受力作用下变形与受力大小不成正比。
应力是指物质在受外力作用下产生的内部分子力，可以分为剪切应力和正应力。
剪切应力是指在物质内部的平面上，垂直于该平面的单位面积上所受的力，而正应力则是指物质内部特定点沿垂直于该点的方向上的单位面积上所受的力。
流变学的应用：流变学在许多领域中有广泛的应用，例如制药、化妆品、食品加工、材料工程等。
对于这些领域的应用，流变学可以帮助我们了解物质的黏度、流动性、变形性等性质，从而指导实际生产和应用过程。
比如，在制药工业中，流变学可以帮助我们控制粘度，确保药品的质量和稳定性。
在食品加工领域，流变学可以帮助我们改善食品的质地和口感。
在材料工程领域，流变学可以帮助我们改善材料的加工过程，提高材料的性能。
流变学的研究方法和实验设备：流变学的研究方法用于测量和分析物质的流变行为。
常见的流变学实验方法和设备包括旋转式流变仪、振荡式流变仪、剪切式流变仪等。
旋转式流变仪通过旋转圆盘或圆柱体来测量物质的黏度和流动性。
振荡式流变仪则通过振荡电机来模拟物质的变形情况。
流变学在化工工艺中的应用分析
流变学在化工工艺中的应用分析流变学是研究物质在应力作用下变形和流动规律的科学。
在化工工艺中，流变学的应用非常广泛。
本文将从流变学的基本概念和原理开始，分析流变学在化工工艺中的应用，包括污泥处理、涂料涂层、塑料加工等方面。
首先，流变学在污泥处理中的应用十分重要。
污泥是生活污水和工业废水处理过程中产生的一种含有水分的浓稠物质。
由于污泥中含有许多固体颗粒，因此对于污泥的流动性和黏稠度的了解是非常重要的。
通过流变学的测量和分析，我们可以确定污泥的黏度、剪切应力和剪切速率之间的关系。
这可以帮助工程师们选择适当的污泥挤压设备、搅拌设备和输送设备，以保证污泥的稳定处理和高效率运输。
其次，流变学在涂料涂层工艺中的应用也非常广泛。
涂料是一种常用的表面保护材料，广泛应用于建筑、汽车、航空等各个领域。
在涂料的制备和施工过程中，了解涂料的流变性能对于保证涂装质量和施工效率至关重要。
通过流变学的研究，可以测定涂料的粘度、流动性和过渡温度等参数，并且确定涂料的流变类型（如牛顿流体、剪切稀化流体等）。
这些参数的掌握可以帮助工程师们优化涂料的配方和调整施工工艺，使得涂料在施工过程中具有适当的流动性和涂层厚度，从而获得高质量的涂装效果。
此外，流变学在塑料加工中也起着重要的作用。
塑料是一种流变性能非常复杂的材料，在加工过程中经历了熔融、塑化、流动、冷却等多个阶段。
流变学可以帮助工程师们了解塑料的熔融流动性、热稳定性和流动性等特性。
通过对塑料的流变性能的研究，可以优化塑料加工工艺流程，选择适当的模具和机器设备，并且有效地预测塑料制品的变形和缺陷。
此外，流变学还广泛应用于化工反应器的设计和优化。
在化学反应过程中，了解反应物料在反应器中的流动规律和变形规律非常重要。
通过流变学的研究，可以测定反应物料的粘度、黏度和剪切应力等参数，并根据这些参数优化反应器的结构和操作条件，提高反应效率和产物质量。
总结起来，流变学在化工工艺中的应用非常广泛，并且对于保证工艺的高效性、质量和安全性至关重要。
食品流变学的介绍以及应用
食品流变学的介绍以及应用美国化学家宾汉于1928年首次提出了流变学的概念，在食品物性学中，食品流变学的研究是发展最早的食品力学方面的研究、同时也是最为重要的研究。
其研究对象位食品，食品流变学特性与食品的化学分子、分子构造、分子内结合、分子间结合的状态、分散状态、以及组织结构有着极大的关系。
流变学(rheology)是有关物质的形变和流动的科学。
食品流变学是流变学的一个分支，是研究食品物质流动和变形发生、发展规律的科学。
近年来，流变学研究范围涉及到胶体体系和高分子的粘弹性、异常粘弹性、塑性流变等。
食品含有大量的胶状蛋白质、碳水化合物等高分子物质，与食欲有关的硬软度、口味、滋味等，均与流变学研究范围所包括的各种物性有密切关系[1]。
不久的将来，随着食品流变学研究的深入，将对食品味道等心理感觉有可能逐渐以某种物理量来表示。
流变学可以把各种食品原料加工过程中的那些微妙的物性变化加以科学的研究，而这些变化过去用化学方法是无法进行研究的。
食品流变学通过采用湍流(turbulence)、混沌(chaos)、数理统计(statistical theory)、最优化技术等概念和技术方法，使古老的食品科学鼎立于实验、理论和计算三根支柱之上。
例如，在炼乳生产中，表现粘度的控制是生产过程至关重要的环节。
同样，人造黄油的扩展度，糖果的硬度，肉的韧度等也都是产品质量的重要指标之一，因此，为了进一步提高产品质量，必须深入地了解和掌握食品物质的流动和变形特性，研究在各种条件下这些特性变化的规律及对产品质量和加工过程的影响。
正是在这个基础之上，食品流变学得以兴起和不断地发展。
它是食品工业向高质量、大型化、自动化发展的必然结果，引起了越来越多的食品工程技术人员的重视。
研究不断深入，应用日趋广泛。
食品物质种类繁多，多数物质由于组成的特殊性，一般都具有极其复杂的流变特性，从物理特性来看，几乎包括了所有不同流变特性的物质。
因此，在研究这些食品物质的流变特性时，仅仅依靠流变学的一般理论是远远不够的，必须从食品特性入手，研究其流变特性，建立起一套适合食品物质流变特性分析、研究的理论和方法。
临床(血流变)
高粘度血症与血液高粘滞综合症两者关系密切，两者 共同点是血液粘度异常增高；
3、亚健康：血液粘度的增高使血液循环速度减缓，新陈 代谢功能降低，导致人体处于 “即无疾病又无精力” 的状态，即：亚健康状态。 “轻预防重治疗” 是对 健康认识的误区，通过改善血流变，可促使亚健康状 态转向健康状态。因此 ，血液流变学对人体亚健康状 态也起着重要的揭示和指导作用。
4、目前，尚没有能替代物理检测血液粘度的更好方法
2、测试速度对检测结果的影响
.根据国际血流变学标准化委员会建议： 测量含有大颗粒分子物流体（全血）的粘度时，须快速完成测
.量，以避免大颗粒分子物（红细胞）的聚集沉降现象所导致液 体分层造成的测量失准。 因此，全血粘度测试速度的快慢绝非只是影响了工作效率，它 会直接影响到仪器测试精度及重复性的优劣。
1、层流：流体在管道中流动时，并不是一种整 体的运动，而是分为许多层次进行运 动，各层之间的速度是不同的 。
2、粘性：由于层流之间存在相对运动，任意两 接触面上就会产生磨擦力，流体具有 内摩擦力的这种性质称为粘性。
3、粘度（η ） ：粘度是量度流体粘性大小的物理量，流 体粘度越大，流动性越小。(mPa.s)
血液流变学检测和临床应用
杨军京 北京众驰伟业科技发展有限公司
前言
血液流变学检测在临床日益广泛的应用及其越 来越重要的地位 体内血液粘度异常改变是一种基本的生理病理 反映，也是了解健康状态的重要信息 在预防医学、老年医学、亚健康等领域越来越 显示出重要的意义
血液流变学研究意义
1、生理意义：血液粘度增高与降低，直接关系着人体
工程学基础中的流变学
工程学基础中的流变学工程学是一门研究应用科学与工程技术相结合的学科，它涵盖了多个领域，其中最具代表性的是土木工程、机械工程和化学工程。
其中，流变学被广泛应用于这些领域中。
流变学是研究物质变形和流动特性的一门科学，它对于工程设计和材料选择有着不可估量的作用。
1. 流体力学流体力学研究物质的流动，而流变学则研究物质的变形和流动规律。
流变学的基本理论是黏弹性理论，它描述了物质在各种应力作用下的变形和流动规律。
在工程学基础中，很多领域都需要应用流体力学和流变学的理论知识。
例如，在土木工程中，我们需要研究水和淤泥在土壤中的流动，结构工程中需要研究各种材料在应力下的变形规律，化学工程中需要研究不同物质在反应过程中的变形和流动规律。
2. 工程材料工程材料在应用中，尤其是在化学工程和机械工程中，需要经历各种应力和变形。
因此，了解材料的流变学特性的知识对于材料选择和设计具有重要的参考价值。
例如，在材料中加入膨润土和纳米材料可以提高材料的强度和韧性，对于设计新的结构材料非常有用。
此外，流变学的研究还能帮助我们研究环境问题。
例如，我们可以研究塑料垃圾在水中的流动性和吸附力，同时探索经济环境中的污染洛流动规律。
3. 工业应用流变学的理论知识已成为解决工业生产中工艺问题的关键性技术。
工业流程需要对材料的变形和流动特性进行定量分析，这是制造高质量产品的重要条件。
例如，在化学工业生产中，过程控制需要研究化学反应中物料的流动性和变形特性。
在塑料和橡胶生产中，流体输送管道设计需要考虑液体的黏度和物料的变形特性。
在油气开采和加工中，需要考虑复杂介质的流动规律和变形情况，这对于工业生产过程中的节能和环境污染控制具有重要的参考价值。
工程学基础中的流变学是一门重要的学科，它对于各种工程应用有着举足轻重的作用。
了解流变学的理论知识，可以帮助工程师更好地了解物料变形和流动规律，并设计出高质量和高效率的生产流程。
同时，在环境问题方面，研究物料流动情况可以帮助我们更好地理解污染物质在大气、地下水和土壤中的传播规律。
流变学应用
周持兴，现任上海交通大
学高分子科学与工程系教授、 博士生导师、聚合物加工研究 室负责人、上海交通大学流变 学研究所所长，兼任中国力学 会中国化学会流变学专业委员 会委员、中国机械工程学会材
流变学简介
• 流变学是介于力学、化学和工程学之间的 交叉、边缘学科,其应用范围十分广泛,随着 工业的发展和技术的进步又促进了这一新 科学的综合发展,而进一步形成各个边缘科 学的流变学,如聚合物流变学就是流变学在 聚合物加工中的应用而发展起来的。聚合 物流变 学是适应高分子材料的发展而逐渐 形成的,在聚合物的合成阶段,流变学与化学 结合在一起;而后续的所有阶段中,则与聚合 物加工与应用相结合。
谢谢
剂、配方设计以及设备结构提出恰当的要
流变学在注塑成型加工中的应用
• 流变学在注塑成型加工中的应用发展成为 注塑流 变学,它是聚合物熔体流变学和塑料 加工流变学的重要组成部份。具体来讲,它 在注塑成型加工中的应用主要有以下几种 形式。
注射喷嘴中的熔体流动分析
• 喷嘴是注塑机的料筒和注塑模的浇注系统 的连接件。聚合物熔体在喷嘴中的流动行 为对整个注塑过程有相当大的影响。这种 影响主要是考虑温度对聚合物熔体粘度的 影响,这主要是粘性发热的确定问题。这是 由于粘度对温度有很大的依赖性,而聚合物 熔体在喷嘴中的流动常常会产生相当大的 粘性热,为了分析熔体的流动行为,必须考虑 粘性发热。利用流变学的绝热流动模型可 以解决这个问题。
发现，使用古典弹性理论、塑性理论和牛 顿 流体理论已经不能说明这些材料的复杂 性 ，因为 这些材料都具有时间效应，于是 就产生了流变学 的思想。此后，流变学逐
我国流变学的发展历史
• 我国流变学研究起步很晚，在2 0 世纪6 0 年 代 才开始有自发研究者。随着我国材料科 学和工程 技术的不断发展，经常会遇到形 形色色的非牛顿 流体，从而促使了对它的 研究。1 9 7 8 年在北京制 定全国力学规划 时指出，流变学是必须重视和加 强的薄弱 领域。之后，在各地纷纷成立流变学的 专 门研究机构。随着国内流变学研究的广泛 开 展，在1 9 8 5 年成立了我国流变学专业 委员会。同时，我国在国际同行领域的影 响也越来越大，于 1 9 8 8 年成为国际流变
生物流变学的研究和应用
生物流变学的研究和应用生物流变学的研究与应用生物流变学是研究生物体内流体运动与变形规律的学科，以深入了解和解决生物体内流体运动与变形过程的问题为主要研究目的。
它是物理学、化学和生物学的结合，具有广泛的应用前景，例如药理学、生命科学和医学等领域。
一、研究领域生物流变学主要涉及的研究领域有血液、细胞、脑脊液、分泌物和睡眠过程等。
其中，血液是生物流变学的研究重点之一。
通过研究血液在血管内受力时的应力情况和流动情况，可以更好地了解血液的属性和功能，为治疗心血管疾病、血液透析和药物输液等提供理论基础。
另外，生物流变学在研究细胞变形和细胞内流体运动方面也取得重大进展。
通过测量细胞的变形情况和细胞内部液体的流动特征，可以更好地了解细胞的生理与病理状态。
同时，生物流变学还可以研究脑脊液在颅内的流动情况，从而为研究脑脊液循环和保护提供理论基础。
二、研究方法生物流变学的研究技术主要分为实验方法和数学模拟两种。
实验方法主要包括流变测量、微流控技术、显微成像和核磁共振等。
数学模拟则是通过计算机模拟和建模，研究生物体内流体运动和变形规律。
流变测量是生物流变学中最常用的实验方法，通过测量介质流动时的应力变化和其它物理量，获得介质流态和介质所代表物理性质的数据。
微流控技术是一种利用微型通道来控制流体行为的技术，其应用范围包括微型化实验室的建设和可穿戴医疗器械的开发等。
显微成像是通过显微镜来观察和记录细胞和生物流体的运动和变形情况。
核磁共振技术则是利用核磁共振现象来测量物质的运动状态和分布情况，以此来研究生物体内的流体运动和变形规律。
数学模拟方法则是通过建立物理模型，利用计算机模拟物质的运动，从而研究介质的流动和变形规律。
数学模拟可以精确控制实验条件和模拟流体的变形规律，可实现超出实验能力的更大尺度和更高精度的模拟，这使得模拟技术在生物流变学中具有重要应用价值。
三、应用前景生物流变学在生命科学、医学和药学等领域中有着广阔的应用前景。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
产品 在外力或变形下使用 性能
流变学是高分子学科的基础 流变学是实验和实践 科学
Newton、Einstein与流变学Rheology
流变学使生活更有趣
在我们日常的生活中，通常用“软、硬、刚性、柔性、 弹性、稠、薄、灵活性… …”来描述事物。流变学就 是研究“软与硬”的科学。 流变学应用领域：化妆品、洗涤用品、牙膏、食品、陶 瓷浆料、轮胎… … 日常生活中不自觉地用到一些“流变”实验－手感。
化妆品相关 从瓶中倒出(Pouring from a bottle) 挤牙膏(Extrusion of toothpaste from a tube) 擦护手霜(application of hand lotions/creams) 涂口红，指甲油(Applying lipstick, nail polish) 10e4 喷雾(Spraying aerosols) 粘合 (Tack) 键合(Press Bonding) 脱粘(Peeling) 自动脱粘(Auto-debonding) 粘合过程
F:施力
常用材料(一般材料)的行为描述
t应力 : F/A g粘弹性体 - 部分回復˙部份变形 应变 : Dx/H Dx:移动距离 ˙ F:施力 A:施力面積 g应变率 : dg/dt = V/H H:高度 G模量 H粘度 : t/g － 部分回复 : t/˙g － 部分变形
如何描述其行為...
tand
低 高
温度 频率
高 低
时间和温度的影响可互换
Steady Log G’, G” Log G(t) G(t)
Dynamic Log G’, G” G’ G”
Temperature
Dynamic G’
G”
Log Frequency
Log Time
长时间或低频行为:考虑高温行为 短时间或高频行为:考虑低温行为
Eta ( ) [Pa-s]
Intrinsic Viscosity 0.6 power on M w
剪切速率 10e-6 ~ 10e-4 10e-2 ~ 10e-1 10 ~ 1000 10 ~ 1000 1 ~ 100
10e1 ~ 10e2 10e2 10e2 ~ 10e4 10e3 ~ 10e3 ~ 10e5 10e-2 ~ 10e-1 10e-1 ~ 1 10e2 ~ 10e4 10e-3 ~ 10e-2
粘弹性的定义
G’弹性模量 (t’/g0) : 弹性储存能量指标 G”粘性模量 (t”/g0) : 变形消耗能量指标 G*复模量 (S(G’,G”)) : 总变形能量指标 tand (G”/G’) : 损耗因子 G” 变形损耗 G* 总变形能量 tand 损耗因子 G’ 弹性储存
与时间有关的粘弹性行为 PDMS的固体和液体特性
流变学的角色 – 微观世界与宏观世界的桥梁 分子组成结构 微观世界
• • • • 分子量与分子量分布 支化与交联 填料与基体材料的相互作用 单相或多相结构
仪器分析 高分子科学 流变学
宏观世界
作为以下参数的函数： • 应变 (应变率) • 温度 • 时间 (频率)
加工性˙物性
流变学原理简介
施加周期性变形 固体(完全弹性)行为 流体(完全变形) 行为
针对热固性材料
齿型平行板
针对易打滑样品
锥板/平行板夹具
测量材料范围：
高分子熔体 流体 (悬浮液/乳液)
由锥度固定夹具间距； 在动态应变扫描或稳态应变扫描实验中没有速度的梯度；
等温实验；
同心圆筒夹具
材料材料范围：
低粘度流体 有限稳定性的悬浮液
对应力敏感性材料的面积效应 装载过程中的加工历史
理想流体与固体的行为特点
t应力 : F/A g应变 : Dx/H G模量 : t/g 固体－完全弹性回复 A:施力面积
H:高度
Dx:移动距离
F:施力
t应力 : F/A g 应变 : Dx/H 流体－完全流动变形 ˙ g应变率 : dg/dt = V/H h粘度 : t/˙g
A:施力面积 V:流速 H:液高
控制参数
形变
低形变属于线性行为范围 高形变属于非线性行为范围内
温度 频率˙时间
低频相当于长时间行为 高频相当于短时间行为
测量结果
G’ G” Tand h
典型流变分析图形
G’ Log G’, tand
小运 分动 子
软运 链动 段
分缠 自运 子结 由动 链 段
硬运 链动 段
极短时间 [< 1s]
较长时间 [24 小时]
微观世界 : 分子结构的尺寸、温度与时间
松弛时间分布
分子运动
tg
tb
tgg
ta
tm
温度变化
侧基运动
主链运动
结晶
融熔流动
Tg
Tb
Tgg
Tg
Ta
Tm
宏观世界: 应用背景的形变、时间与温度
流动过程 沉淀 (Sediments) 垂挂/流平 (Sagging/Leveling) 管流 (Pipe Flow) 混合(Mixing) 挤出(Extrusion)
流变的应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 分子量表征 最灵敏的玻璃化温度Tg的检测工具 测量结晶高分子熔点和结晶度 温度依存性可作为材料鉴定的依据 研究交联的最好方法 建筑材料 食品 涂料
■
零剪切粘度与分子量的关系
零剪切粘度法比GPC法更灵敏
Zero shear viscosity 3.4 power on M w
流变学及其应用
内容
流变学介绍
基本概念和定义 流体与变形 粘性、弹性与粘弹性 粘度与模量
流变测试
剪切与拉伸 应变控制与应力控制 稳态与动态 蠕变与回复 时间温度叠加 分子量与分子量分布
应用
热塑、热固、溶液、弹性体
流变学在日常工作中无处不在 －制造和使用产品
原材料 通过加工（变形） 制品
g
t*(t)
Time
g (t)
g (t)
Time
t*(t)
将粘弹性行为分割为 完全弹性与完完全变形行为 g (t)
t) ( t“
粘弹体行为
t*(t) t
测量周期性应力 d
Time g (t)
Time
t)( t‘
平行板夹具
间距可调
推荐0.2 to 2.5 mm (根据样品的粘度)
可弃式平行板夹具