第二部分第十三章冶金熔体粘度的测定
13熔体物性测定-粘度
M 1 1 ( 2 2) 4 h r R
外柱体半径，常数 内柱体半径，常数
转头浸入熔体深度，常数
转头转速，可设定在200 或300r/min
2014-8-22 李桂荣：冶金熔体粘度的测定 12
3旋转柱体法测粘度
M 1 1 ( 2 2) 4 h r R
K
8
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…
…
速度矢量
李桂荣：冶金熔体粘度的测定
3旋转柱体法测粘度
刚玉转杆 高温熔体 内柱体： 钼质转头
由于粘性力作用， 在柱体将产生一个 h 力矩与之平衡。
V r
外柱体： 石墨坩埚
R
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李桂荣：冶金熔体粘度的测定
9
3旋转柱体法测粘度
温 度 显 示 区
控温区
测试过程显示区
使流体产生单位速度梯度所需要的内摩擦力 （剪应力）。 单位：Pa· S（SI制） 其他：1厘泊（CP）=10－2泊（P）=10-3Pa· s
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李桂荣：冶金熔体粘度的测定
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2 粘度测试
靠壁位置
径向向里
测试假设： 流体流速很小 各液层运动方向互 相平行 速度变化连续 该流动状态称为 “层流”。
物质 水 铁水 钢水 稀熔渣 黏度中等渣 稠熔渣 温度（℃） 25 1425 1595 1595 1595 1595
黏度（Pa· s） 0.00089 0.0015 0.0025 0.0020 0.020 0.20
FeO
CaO SiO2 Al2O3
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1400
接近熔点 1942 2100
剪切应力
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熔体粘度
成型性能
常用塑料改进流动性能的方式
序号 塑料代号
俗名
改进方式
1
PE
聚乙烯
提高螺杆速度
2
PP
聚丙烯
提高螺杆速度
3
PA
尼龙(聚酰胺)
提高温度
4 POM
聚甲醛
提高螺杆速度
5
PC
聚碳酸酯
提高温度
6
PS
聚苯乙烯
两者都行
7
ABS
——
提高温度
8 PVC
聚氯乙烯
提高温度
9 PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 提 高 温 度
P E 105～136 0～126.6
HDPE 105～137 14～175.8
LDPE 105～125 14～175.8
MDPE 110～120 14～175.8
P P 160～176 14～175.8
粘度增 大倍数
134 100 14 4.1 5.6 6.8 7.3
成型性能
• 热塑性树脂存在这样一种倾向，如果其熔体 粘度对温度敏感的话对剪切速度就表现得不 敏感；相反，对剪切速度敏感的话对温度就 不敏感。唯一例外的树脂是聚苯乙烯，它的 熔体粘度不仅对温度敏感而且对剪切速度也 敏感。
2.11熔体粘度
成型性能
熔体粘度是反映塑料熔体流动的难易程 度的特性，是熔体流动阻力的度量，粘度越 高，流动阻力越大，流动越困难。
聚乙烯的分子形状及其分子量分布的不 同，其熔体粘度将有不同的表现。
❖从图1-1可以看出 ，乙酸纤维素、聚苯乙烯、聚甲基丙烯甲酯、 尼龙及聚碳酸酯等树脂，它们都是随着温度的增加粘度急剧下
表 观 103 粘 度 /Pa. s
聚丙烯T=210℃ 聚丙烯T=260℃
熔体物性综合测定(精)
熔体物性综合测定【实验性质】综合性实验；学时：44.1 实验目的冶金熔体（包括金属和炉渣）的物理性质对冶金生产工艺过程的控制有重要作用，冶金熔体的主要物理性质包括粘度、密度、表面张力、熔化温度、倒电率等。
炉渣的熔化温度（熔化区间）和粘度是冶金熔体的重要物理性质，对冶金过程的传热、传质及反应速率均有明显的影响，在生产中，熔渣与金属的分离，有害元素的去除，能否由炉内顺利排出以及对炉衬的侵蚀等问题均与其密切相关。
因此需要了解掌握冶金熔体的特性。
冶金生产所用的渣系(如高炉渣，转炉渣，保护渣，电渣等)，无论是自然形成的还是人工配制的，其成分都很复杂，因此很难从理论上确定其熔化温度和粘度，经常需要由实验测定，以便对冶金生产提供一个参考依据。
（1）掌握测定熔体熔化温度和粘度的原理及方法；（2）熟悉实验设备的使用方法和适用范围及操作技术；（3）测定某炉渣粘度随温度的变化规律，并绘出温度—粘度曲线。
（4）分析造成实验误差的原因和提高实验精度的措施。
4.2 实验内容4.2.1炉渣熔化温度的测定4.2.1.1 实验原理按照热力学理论，熔点通常是指标准大气压下固—液二相平衡共存时的平衡温度。
炉渣是复杂多元系，其平衡温度随固—液二相成分的改变而改变，实际上多元渣的熔化温度是一个温度范围，因此无确定的熔点。
在降温过程中液相刚刚析出固相时的温度叫开始凝固温度(升温时称之为完全熔化温度)，即相图中液相线(或液相面上)的温度；液相完全变成固相时的温度叫完全凝固温度(或开始熔化温度)，此即相图4-中固相线(或固相面)上的温度；这两个温度称为炉渣的熔化区间。
由于实际渣系的复杂性，一般没有适合的相图供查阅，生产中为了粗略地比较炉渣的熔化性质，采用一种半经验的简单方法，即试样变形法来测定炉渣的熔化温度区间。
常用的方法有差热分析法、热丝法和半球法（试样变形法）等。
多元渣试样在升温过程中，超过开始熔化温度以后，随着液相量增加，试样形状会逐渐改变，试样变形法就是根据这一原理而制定的。
第二部分第十三章冶金熔体粘度的测定
1、动力粘度
在液体内部，相邻两液层间有相对运动时，由于分子间作用力的存在，沿液层平面产生运动的阻力，这种作用就是液体的内摩擦力，这种性质就是液体的粘性。
粘度是粘性大小的量度,也称为粘度系数。
粘度的单位为：Pa.s(N.s/m2)(帕.秒）
遵从牛顿粘度公式的流体，粘度与剪切速率无关，叫做牛顿流体，粘度称为动力粘度。
不符合牛顿公式的流体，粘度随剪切速率变化，称为非牛顿流体，以ηa表示，粘度称表观粘度。
2、运动粘度
其定义为ν＝η/ρ，运动粘度单位为斯，即每秒平方米(m2/s)，实际测定中常用厘斯。
运动粘度的意义：运动粘度给出液体流动时产生紊流的难易程度。
ν越大，越难产生紊流。
可为合理选择粘度测定时的实验条件提供参考。
3、粘度的测定方法：细管法、旋转柱体法
适合高温熔体粘度测定的方法：细管法、扭摆振动法、旋转柱体法、落球法。
细管法原理：由粘滞性的一般效应可知，管内流动的粘滞流体，在横截面上的各点速度不同，最外层附着管壁，速度为零。
流体速度从管心处有最大值减到管壁处为零，速度的最大值与管子半径的平方成正比，速度也与单位长度上的压力变化成正比。
旋转柱体法的原理：旋转柱体法装置是由两个半径不等的同心柱体组成，外柱体为空心圆筒，内外柱体之间充以待测粘度的液体。
当外力使二柱体之一匀速旋转而另一柱体静止不动时，二柱体之间的径向距离上的液体内部出现了速度梯度，于是在液体间就产生了内摩擦。
在旋转柱体上加一个切应力通过测量此力可计算液体的粘度值。
金属冶炼中的熔体行为与反应动力学
热导率是衡量熔体传热性能的参数，表示熔体传导热量的 能力。热导率受到温度、金属或合金的组成、气氛等因素 的影响。
熔体的结构与组成
01
金属键合
熔体中的金属原子通过金属键合相互作用，形成稳定的液态结构。金属
键合的性质决定了熔体的物理化学性质。
02
合金元素
在金属冶炼中，通常会添加一定量的合金元素，以改变熔体的物理化学
熔体行为对冶炼过程的影响
熔体粘度
熔体的粘度影响熔体的流动性和传热性能，进而 影响金属的熔炼效率和温度控制。
熔体成分
熔体中不同元素的含量和分布对金属的冶炼过程 和产品质量有重要影响。
熔体表面张力
表面张力影响熔体的润湿性和流动行为，对金属 的分离和提纯过程具有关键作用。
反应动力学在冶炼过程中的作用
反应速率
反应机理
反应机理是指化学反应发生的具体过程和步骤。在金属冶炼中，了解反应机理 有助于深入理解反应过程，从而优化反应条件和提高产物的纯度。
反应路径与能量
反应路径
反应路径描述了化学反应如何从起始 状态到达最终状态的过程。在金属冶 炼中，选择合适的反应路径可以降低 能耗和减少环境污染。
能量变化
化学反应过程中伴随着能量的变化， 包括吸热或放热。在金属冶炼中，了 解能量变化有助于合理利用能源，提 高能源利用效率。
性质。合金元素对熔体的结构与组成产生影响，进而影响熔体的性质。
03
气体和固体杂质
在金属冶炼过程中，熔体中会溶解一定量的气体（如氧气、氮气、氢气
等）和夹带部分固体杂质（如氧化物、硫化物等）。这些气体和杂质对
熔体的性质产生影响，需要进行去除或转化处理。
02
反应动力学
反应速率与机理
熔体粘度的测定
熔体粘度的测定——内圆柱体旋转法在一定温度下熔体流动性能的好坏，一般用粘度的大小来衡量。
粘度大的熔体流动性能差，反之粘度小的熔体则流动性好。
粘度是炉渣最重要的物性之一。
炉渣粘度关系到冶金熔体的多相反应动力学问题，因为质点在炉渣内扩散速度与炉渣粘度的大小成反比，粘度大质点扩散速度慢。
反之粘度小则有利于质点扩散速度的加速；熔锍与炉渣在冶炼条件下的分层和澄清与它们的粘度有关，由斯托克公式可知金属颗粒在炉渣中的沉降下去，有利于降低渣中金属损失，提高金属回收率，炉渣粘度的大小还影响冶炼内温度的分布情况，粘度大的炉渣，需要保持较高的炉温以利于冶炼的正常进行，反之亦然。
此外，炉渣粘度是其内部质点相互作用的一种现象，即炉渣粘度变化是其结构变化的宏观反映。
有色冶金炉渣的粘度在熔炼温度下一般较小，不大于1Pa·S=10P（单位为牛顿·秒·米-2，或泊）。
测定熔体粘度的方法有多种。
本实验采用内圆柱体旋转法进行粘度的测量。
一、实验目的1.熟悉炉渣粘度用内圆柱体旋转法测定的原理，仪器结构。
2.正确掌握测试方法，要求会操作、会记录、会整理资料、并能正确绘制粘度——温度曲线。
二、实验原理钢丝悬挂的内圆柱体在高温炉渣中以慢速度旋转，在钢丝两端由于层流性质的炉渣的内摩擦力而产生一个扭角φ，在钢丝弹性范围内扭角的大小与炉渣的粘度、自身的角速度有如下关系：φ=kω×η在角速度一定的情况下，则有：η=K×φ(1)式中：φ——钢丝扭角；k——常数；η——熔体粘度；K——仪器常数。
测量钢丝的扭角，是利用光电管接收光信号的先后产生两个不同步的电流信号，再经过转换器变成时间，测得时间即可。
当圆柱体在熔体中旋转平稳后，所测得得时间差便也称为一个定值。
由此，可以得到以下关系式：φ=ω×t (2)式中：φ——钢丝扭角；ω——电机自转的角速度；t——光电管所测得的时间差。
由（1）、(2)式得到如下式：η=K×t仪器常数K可用已知标准粘度液体进行标定。
熔融粘度测试方法
熔融粘度测试方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊熔融粘度测试方法。
这玩意儿啊，就好比是给材料做个体检，看看它在高温下的“流动性”咋样。
想象一下，熔融的材料就像一群欢快奔跑的小孩，而熔融粘度就是控制他们奔跑速度的那个规则。
那怎么去测试这个规则呢？常见的方法就有毛细管法。
把材料放进一根细细的毛细管里，然后看着它慢慢流淌，就像看着小孩子们在跑道上奔跑一样。
通过测量材料流过一定长度的时间，就能算出它的熔融粘度啦。
这就好像我们根据孩子们跑过一段距离的时间来判断他们的速度快慢一样。
还有旋转法呢！让一个转子在熔融的材料里转呀转，就像在搅拌一锅美味的汤。
通过测量转子受到的阻力，也能知道这材料的熔融粘度。
这是不是很神奇呀？那为什么要做这个熔融粘度测试呢？这可重要啦！好比你要做一件衣服，你得知道布料的特性吧，不然怎么做出合身又好看的衣服呢？同样的，在很多工业生产中，了解材料的熔融粘度能帮助我们更好地控制工艺，做出高质量的产品。
要是不测试，那可就像闭着眼睛走路，容易摔跟头啊！而且啊，不同的材料，它的熔融粘度可大不一样哦。
就像不同性格的人，有的活泼好动，有的安静沉稳。
有些材料的熔融粘度低，流动性好，就像那活泼的孩子，到处乱跑；而有些材料的熔融粘度高，就像那安静的孩子，乖乖待在那儿。
所以得根据不同的材料选择合适的测试方法，这可不能马虎！咱再说说测试的时候要注意些什么吧。
温度可得控制好呀，温度不一样，那结果可能就相差十万八千里啦！就像你在不同的天气里跑步，速度肯定也不一样呀。
还有啊，测试仪器得校准好，不然就像秤不准，称出来的重量能对吗？总之呢，熔融粘度测试方法是个很有意思也很重要的东西。
它能帮助我们更好地了解材料，让我们在生产和研究中少走弯路。
所以啊，大家可别小瞧了它哟！这就是我对熔融粘度测试方法的一些理解和介绍，你们觉得怎么样呢？是不是对这个神秘的测试方法有了更清楚的认识啦？。
熔体粘度名词解释
熔体粘度1. 简介熔体粘度是指在高温下，固体物质变为液体时的流动性质。
熔体粘度的大小与物质的内部结构、分子间相互作用力以及温度有关。
熔体粘度是研究材料物理性质、熔融加工以及流变学等领域的重要参数。
2. 测量方法熔体粘度的测量通常使用粘度计进行，常见的粘度计有旋转粘度计、滴定粘度计和振荡粘度计等。
下面将介绍常见的旋转粘度计的测量原理。
2.1 旋转粘度计的原理旋转粘度计是通过测量物质在旋转圆柱体内的粘度来确定熔体粘度的一种方法。
其原理基于牛顿粘度定律，即粘度与剪切应力成正比。
旋转粘度计由旋转圆柱体和固定圆柱体组成。
在测量过程中，样品被放置在旋转圆柱体内，然后旋转圆柱体开始旋转。
通过测量旋转圆柱体所受到的剪切应力以及旋转圆柱体的转速，可以计算出熔体的粘度。
2.2 测量步骤旋转粘度计的测量步骤如下：1.准备样品：将待测样品加热至熔融状态，并确保样品没有气泡和杂质。
2.调节温度：根据需要测量的温度范围，将样品的温度调节到合适的范围。
3.放置样品：将样品倒入旋转圆柱体中，确保样品填满圆柱体。
4.开始测量：启动旋转圆柱体的旋转，并记录下旋转圆柱体的转速。
5.计算粘度：根据旋转圆柱体所受到的剪切应力以及旋转圆柱体的转速，使用相应的计算公式计算出熔体的粘度。
3. 影响因素熔体粘度的大小受到多种因素的影响，下面将介绍几个主要的影响因素。
3.1 温度温度是影响熔体粘度的最主要因素。
一般来说，随着温度的升高，熔体粘度会降低。
这是因为温度升高会使分子的热运动增强，相互作用力减弱，从而使熔体的流动性增加。
3.2 分子结构分子结构也是影响熔体粘度的重要因素。
分子结构的复杂性会增加分子间的相互作用力，从而使熔体粘度增大。
例如，分子链较长的聚合物具有较高的熔体粘度。
3.3 浓度物质的浓度也会对熔体粘度产生影响。
一般来说，浓度较高的物质具有较高的熔体粘度。
这是因为浓度的增加会增加分子间的相互作用力，从而使熔体粘度增大。
4. 应用领域熔体粘度在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍几个主要的应用领域。
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1、动力粘度
在液体内部，相邻两液层间有相对运动时，由于分子间作用力的存在，沿液层平面产生运动的阻力，这种作用就是液体的内摩擦力，这种性质就是液体的粘性。
粘度是粘性大小的量度,也称为粘度系数。
粘度的单位为：Pa.s(N.s/m2)(帕.秒）
遵从牛顿粘度公式的流体，粘度与剪切速率无关，叫做牛顿流体，粘度称为动力粘度。
不符合牛顿公式的流体，粘度随剪切速率变化，称为非牛顿流体，以ηa表示，粘度称表观粘度。
2、运动粘度
其定义为ν＝η/ρ，运动粘度单位为斯，即每秒平方米(m2/s)，实际测定中常用厘斯。
运动粘度的意义：运动粘度给出液体流动时产生紊流的难易程度。
ν越大，越难产生紊流。
可为合理选择粘度测定时的实验条件提供参考。
3、粘度的测定方法：细管法、旋转柱体法
适合高温熔体粘度测定的方法：细管法、扭摆振动法、旋转柱体法、落球法。
细管法原理：由粘滞性的一般效应可知，管内流动的粘滞流体，在横截面上的各点速度不同，最外层附着管壁，速度为零。
流体速度从管心处有最大值减到管壁处为零，速度的最大值与管子半径的平方成正比，速度也与单位长度上的压力变化成正比。
旋转柱体法的原理：旋转柱体法装置是由两个半径不等的同心柱体组成，外柱体为空心圆筒，内外柱体之间充以待测粘度的液体。
当外力使二柱体之一匀速旋转而另一柱体静止不动时，二柱体之间的径向距离上的液体内部出现了速度梯度，于是在液体间就产生了内摩擦。
在旋转柱体上加一个切应力通过测量此力可计算液体的粘度值。