第十四章流变学基础
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
Rheology(流变学基础)
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律， 实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶 胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液、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 不遵循牛顿粘度定律的物质称为 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 非牛顿流动。 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 非牛顿流体的剪切速度D和剪切应力S的变化规律， 作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、 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。 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。 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。
对于这种粘弹性， 对于这种粘弹性，我们用弹性模型化的弹簧和把 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 粘性通过模型的缓冲器的复合型模型加以表示： 麦克斯韦尔（Maxwell） （一）麦克斯韦尔（Maxwell）模型 福格特（Voigt） （二）福格特（Voigt）模型 （三）双重粘弹性模型 （四）多重粘弹性模型
胀性液体的流动公式： 胀性液体的流动公式： /η D= Sn /ηa n<1，为胀性流体； n<1，为胀性流体； 当n接近1时，流动接近牛顿流动。 接近1 流动接近牛顿流动。
（d）胀性流动
胀性流体的结构变化示意图
• 胀性流动的特点：没屈伏值；过原点；切应速度很小时， 胀性流动的特点：没屈伏值；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， 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。 线向上弯曲。 • 在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固体微粒的高 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。 50%淀粉混悬剂 浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊剂等。
药剂学习题及答案
药剂学习题及答案第一章绪论1.剂型、制剂、药剂学的概念是什么？2. 什么是处药与非处药(OTC)3. 什么是GMP 、GLP与GCP?第二章液体制剂1.液体制剂的按分散系统如分类？2.液体制剂的定义和特点是什么？3.液体制剂的质量要求有哪些？4.液体制剂常用附加剂有哪些？为潜溶剂？5.为絮凝，加入絮凝剂的意义在？6.乳剂和混悬剂的特点是什么？7.用Stokes公式描述影响沉降的因素，并说明加入高分子助悬剂具有哪些作用？8.乳化剂的作用如？如选择乳化剂？9.乳剂的稳定性及其影响因素?10.简述增加药物溶解度的法有哪些？11.简述助溶和增溶的区别？12.什么是胶束？形成胶束有意义？13.表面活性剂分哪几类，在药剂中主要有哪几个作用？第三章灭菌制剂与无菌制剂1.影响湿热灭菌的因素有哪些？2.常用的除菌过滤器有哪些？3.灭菌参数F和F0值的意义和适用围？4.洁净室的净化标准怎样？5.注射剂的定义和特点是什么？6.注射剂的质量要求有哪些？7.纯化水、注射用水、灭菌注射用水的区别？8.热原的定义及组成是什么？9.热原的性质有哪些？各国药典检查热原的法定法是什么？10.简述污染热原的途径及去除热原的法。
11.注射剂等渗的调节法及调节等的意义。
12.制备安瓶的玻璃有几种？各适合于什么性质的药液？13.输液按规定的灭菌条件灭菌后，为什么还会出现染菌现象？14.输液常出现澄明度问题，简述微粒产生的原因及解决的法。
第四~五章固体制剂1.散剂的概念、制备法与质量要求。
2.用什么程来描述药物的溶出速度？改善药物溶出速度的法有哪些？3.什么是功指数？4.影响物料均匀混合的因素有哪些？如达到均匀混合？5.片剂的概念和特点是什么？6.片剂的可分哪几类？各自的特点？7.片剂常用的辅料有哪些？可用于粉末直接压片的辅料有哪些？8.湿法制粒的法有哪些？各自的特点？9.片剂产生裂片的主要原因及解决的法。
10.片剂的包衣的目的在？11.片剂的成形及其影响因素。
流变学原理
流变学原理流变学原理是研究物质在外力作用下的变形和流动特性的学科。
它是材料科学和工程学中的重要分支，广泛应用于工业生产和科学研究中。
流变学原理的研究对于了解物质的结构和性能具有重要意义，可以指导材料的设计和制备过程。
下面将详细介绍流变学原理的相关内容。
流变学原理的研究对象是流体和固体材料。
流体是指具有流动性质的物质，如液体和气体；固体是指具有一定形状和体积的物质。
流变学原理主要关注物质在外力作用下的变形行为，即物质的形状和体积发生改变。
物质的变形行为与外力的大小和方向有关，同时也受到物质本身的性质和结构所影响。
流变学原理的基本假设是物质的变形是连续的，即物质的各个部分之间不存在断裂或滑动。
根据这一假设，流变学原理可以通过实验和理论分析来研究物质的变形行为。
实验方面，流变学原理利用流变仪器对物质进行测试，获取物质在不同应力条件下的变形数据。
理论方面，流变学原理建立了描述物质变形行为的数学模型，通过数学分析和计算来预测物质的流变性能。
在流变学原理中，最重要的参数是应力和应变。
应力是物质受到外力作用时的反应，可以理解为单位面积上的力的大小。
应变是物质在外力作用下发生的形变，可以理解为单位长度上的变化量。
应力和应变之间的关系可以用应力-应变曲线来表示，曲线的斜率代表了物质的刚性和变形能力。
根据物质的不同性质，流变学原理可以分为液体流变学和固体流变学。
液体流变学研究液体在外力作用下的变形和流动特性。
液体的流变行为与其黏性和粘度有关，黏性越大，流体的阻力越大，流动越困难。
固体流变学研究固体材料在外力作用下的变形和流动特性。
固体的流变行为与其弹性和塑性有关，弹性固体在受力后可以恢复原状，塑性固体在受力后会发生形变而无法恢复。
流变学原理的研究不仅可以应用于工业生产中的材料设计和工艺改进，还可以用于科学研究中的材料性能评估和理论验证。
例如，在涂料工业中，流变学原理可以用来研究涂料的流动性和涂覆性能，优化涂料的配方和施工工艺。
14-药剂学-流变学基础
第二节 流变性质
一、牛顿流动 纯流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（Newtonian fluid)。 1/ η S=F/A=ηD D=S/η 粘度与剪切速度无关， 只要温度一定，粘度就一定
D
S
粘度的单位
η= S/D Pa.s ，mPa.s 达因.厘米－2.秒（泊,p） 1泊＝0.1 Pa.s 药学中常用厘泊（cp) 1cp=10-2泊＝10-3pa.s
一、牛顿流体的粘度与测定 1、毛细管粘度计
η1 = η2 ρ2 t2 ρ1t1
奥氏粘度计 平氏粘度计 乌氏粘度计
待测液体 t
毛细管
奥氏粘度计
平氏粘度计
t
落球粘度计
η＝t(ρb-ρl).B
非牛顿流体流动性质测定
对于非牛顿流体，一般不采取测定某一切变速度 下的粘度，因为非牛顿流体的粘度不是常数，而 随切变速度变化而变化。（见图） 非牛顿流体的流动性质应采用可改变切变速度的 粘度计进行测定。 如旋转式粘度计，借助于流体中旋转物体的粘性 阻力来测定粘度。 优点：切变速度可调范围广，可自动调节至程序 切变速度。
如分散相体积比相对较低时（0.05以下）时，其 系统表现为牛顿流动；随着相体积比增加，系统 的流动性下降，表现为假塑性流动；而体积比较 高时，转变为塑性流动。体积比接近0.74时产生 相转移，粘度显著增加。 减小粒子的平均粒径能增加乳剂的粘度。 在粒子平均粒径相同的情况下，粒度分布宽的系 统，粘度较小，粒度分布窄的系统粘度较高。 乳化剂浓度越高，制剂的粘度越大 剪切速度增大时，粘度减少。原因是液滴间距离 增大所致。
S0 S
假塑性流动
随着S值的增大而粘度下降的流动称为假塑性流 动。 D=Sn/ ηa ηa 表观粘度，随剪切速度的改变而改变 n越大，非牛顿性越大， n=1为牛顿流体 甲基纤维素、西黄耆胶等 链状高分子的1％水溶液 表现为假塑性流动
流变学课件
平均流速：对圆管面积平均，
V
=
1 2 Vmax
对直径或半径平均，
V
=
2 3 Vmax
流变学基础 --牛顿流体在圆管中的层流
管壁处流体的切变率：
v
=
Δp 4η l
⋅ (r02
−
r2)
⇒
γw
= dv dr
r=r0
=
2vmax r0
=
4v r0
vmax
=
Δp 4ηl
⋅ r02
流量一定，切变率与管径成反比；
“万物皆流” －－Heraclitus
“逝者如斯夫，不舍昼夜”
生物流变学
一个既研究物体的流动又研究其变形的 科学称为流变学(rheology)，其中研究生命 现象中的流变学部分称为生物流变学 (biorheology)。
研究生物体及其各个组成系统、器官、细胞和生物 大分子的流变性以及它们所表现出来的生命活动中 的流变现象的这一部分称为生物流变学。
1
生物流变学
流变性：物体在适当的外力作用下能够流动或 变形的特性。 流变学的研究对象无所不包: 鱼在水里游，鸟在天上飞，人在地上走；肌肉 的收缩和舒张；神经的兴奋和传导；骨、关节、 韧带等的变形；细胞的分裂、融合，胞吞、胞吐， 白细胞的吞噬作用等。
血液流变学
研究血液及其有形成分流动与变形规律 的部分称为血液流变学（hemorheology）。
所以τ：× 2πrl = πr 2Δp τ × 2l = rΔp
τ = τ w ⋅ r / r0
⇒ τ = r ⋅ Δp / 2l τ w = r0 ⋅ Δp / 2l
流变学基础 --牛顿流体在圆管中的层流
速度分布：符合泊肃叶定律速度分布式
《流变学基础》课件
应变：物体受到外 力作用时，形状或 尺寸发生的变化
应变速率：物体应 变的速度，通常用 单位时间内应变的 变化量来表示
应力、应变和应变速 率是流变学的基本概 念，它们之间的关系 是流变学研究的核心 内容
屈服点：材料在受 到外力作用下，开 始发生塑性变形时 的应力值
屈服应力：材料在 屈服点时的应力值
研究方向：多 学科交叉融合， 如生物流变学、 环境流变学等
技术挑战：提 高测量精度、 开发新型流变
仪等
应用领域：拓 展到更多工程 领域，如航空 航天、生物医
学等
理论创新：建 立更完善的流 变学理论体系， 解决复杂流变
问题
汇报人：
流变学中的本构方程是描述材料在应力作用下的变形和流动的基本方程。 本构方程可以分为线性本构方程和非线性本构方程。 线性本构方程是最简单的本构方程，它假设材料的变形和流动是线性的。 非线性本构方程则考虑了材料的非线性变形和流动特性。
PART FIVE
流变仪：用于测量流体的流变 特性
旋转流变仪：用于测量流体的 剪切应力和剪切速率
温度升高，流变特性增强 压力增大，流变特性减弱 温度和压力共同作用，影响流变特性 实验和测量技术：需要精确控制温度和压力，以获得准确的流变特性数据
流变特性：材料在应力作用下的变形和流动特性
微观结构：材料的内部结构，包括原子、分子、晶格等
机理：流变特性的物理和化学机制，如分子间的相互作用、晶格变形等
玻璃材料：具有透明、易加工、耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、光学等领域
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用：研究材料的变形、断裂、蠕变等行为，为材料的设 计和加工提供理论依据
流变学在陶瓷和玻璃材料中的应用实例：陶瓷材料的烧结工艺、玻璃材料的成型工艺等
流变学基础及应用ppt课件
流变学基础
影响流动性a的主要因素
温度：温度升高，粘度下降
Aexp(E /RT)
E 流动活化能
流动活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。流动过程中，流动单元用于
克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需要的最小能量
（J/mol,kcal/mol）,反映材料粘度变化的温度敏感性。活化能与分子结构关 系大，与分子量关系不大。Lgη0(T)=lgK+E η/2.303RT，一E η般(σ )为表观活化能
增塑剂：①降低熔体粘度，降低熔点，改善流动性。应用于粘度大，熔点高 难加工的高填充高分子体系，增大大分子链之间的间距，减少分子 链间作用，降低物理缠结点密度。
2019/11/26
流变学基础
高分子链的化学结构对粘度的影响
分子量：分子量越高高，粘度增加
分子量越大,完成大分子的质心移动所需要的协同运动单元的数目就越多,内摩 擦阻力就越大.LDPE分子量增加不到三倍,则它的粘度增加了四到五个数量级
缠结，并产生滑移，所以频率依赖
性很强。
上述比较是在重均分子量相同，分布也近似的条件下 典型短支链HDPE，LLDPE，长支链-LDPE
2019/11/26
流变仪
旋转流变仪
毛细管流变仪
小角度的振荡，可以提供如熔融黏度、 分子质量、重均分子量分布和聚合物松 弛等。储能（弹性）模量及损耗（粘性） 模量与振荡频率的关系图。
刚性链: 或分子间作用大,或侧基 空间位阻大： 流动活化能大，对温度敏感。 Eg ：PC、PMMA、PAN、PS 柔性链:分子间作用力小： 流动活化能小，粘度对温度较不 敏感 Eg：PE、PP、POM
实际意义: 对于刚性分子:PC,PMMA,用升高 温度的方法,可以有效的降低粘度, 使流动性变好，有利于加工。 对于柔性分子:PE,PP,POM等,由 于活化能小,仅靠升高温度来改善 流动性是不可能的，还要用其它 方法才行。
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第十四章流变学基础
一、概念与名词解释
1、流变学
2、变形
3、内应力
4、弹性
5、弹性变形
6、塑性变形
7、剪切速度
8、剪切力和剪切应力
9、牛顿流体
10、非牛顿流体
11、塑性流动
12、假塑性流动
13、胀性流动
14、触变性
15、黏弹性
二、填空题
1、___________是研究物质在外力作用下的变形和流动的一门科学。
2、对于外力而产生的固体变形，当去除其应力时恢复原状的形变称为_________，而非可逆性的形变称为____________。
3、影响乳剂流动性的处方因素包括_________、___________和______________等。
4、根据流动和变形的形式不同，将物质分为_________和____________。
后者的流动曲线可分为__________，______________和_________________三种。
5、假塑性流动的特点是液体黏度随着剪切力的增大而______________，而具有胀性流动特点的液体黏度随着剪切力的增大而______________。
三、选择题
（一）单项选择题
1、假塑性流体的流动公式是（）。
A.D=S/η B D=S/ηa C. D=S n /η a (n>1)
D.D=S-S0/η
E. D=S n /η a (n<1)
2、甘油属于何种流体（）。
A.胀性流体
B.触变流体
C.牛顿流体
D.假塑性流体
E.塑性流体
3、对黏弹体施加一定的作用力而变形，使其保持一定的形变时，应力随时间而减小，这种现象称为（）。
A.应力缓和
B.蠕变性
C.触变性
D.假塑性流动
E.塑性流动
（二）多项选择题
1、有关流变学的正确表述有：（）
A.牛顿流动是切变应力S与切变速度D成正比（D=S/η）、黏度η保持不变的流动现象
B.塑性流动的流动曲线具有屈服值（或称为致流值）、不经过原点
C.假塑性流体具有切稀性质，即黏度随着切变应力的增加而下降
D.胀性流体具有切稠性质，即黏度随着切变应力的增加而增加
E.触变流体的上行线与下行线不重合，所包围成的面积越小，其触变性越大
2、以下关于乳剂流变学的描述正确的是（）。
A.分散相体积比较低时，体系表现为非牛顿流动
B.随着分散体体积比增加，系统流动性下降，转变成假塑性流动或塑性流动
C.乳化剂浓度越高，制剂黏度越大，流动性越差
D.平均粒度相同的条件下，粒度分布宽的系统比粒度分布窄的系统黏度低
3、非牛顿流体的流动曲线类型有（）。
A.塑性流动
B.假塑性流动
C.层流
D.胀性流动
4、测定牛顿流体的黏度常用仪器为（）。
A.落球黏度计
B.双重圆筒型黏度计
C.毛细管黏度计
D.平行圆板型黏度计
E.圆锥平板黏度计
四、问答题
1、什么是牛顿流动和非牛顿流动，有何特征？
牛顿流体、非牛顿流动面包括塑性、假塑性、胀性
2、分别以混悬液、乳剂、软膏为例说明流变学在药剂中的应用。
3、什么是黏弹性？常见的理论模型有哪些？。