胶体流变性质共17页文档
溶胶的流变性质
溶胶的流变性质所谓流变性质，是指物质在外力作用下的变形和流动性质。
纯液体和大多数小分子溶液，在层流条件下其切应力和切变速率成正比τ＝ηＤ。
这就是著名的牛顿公式，式中的η是比例常数，称为黏度，国际单位是Pa·S。
η代表物质在流动时内摩擦力的大小。
液体流动时，为克服摩擦阻力而消耗一定能量（转变成热），所以从能量角度看，黏度也可定义为单位剪切速率下，单位体积和单位时间内所消耗的能量。
凡符合牛顿公式的流体称为牛顿流体，其特点是黏度只与温度有关，与切边速率无关。
不符合牛顿公式的流体称非牛顿流体，τ与Ｄ无正比关系，比值τ／Ｄ不是常数，而是Ｄ的表示，此时的τ／Ｄ，称为表观黏度。
事实上大多数的流体是非牛顿流体，物函数，用ηａ料随着剪切率或时间的变化会改变。
因此，在一定的条件下测量的粘度值不一样，所测得的粘度值是个曲线而不是一个恒定的常数层流和湍流体系的流动处于恒稳状态，体系中任一点的流速（大小和方向）不随时间而变化时，称为层流。
牛顿公式只有在层流状态下才成立。
当流速超过某一限度时，有不规则的或随时间而改变的旋涡生成，这时称为湍流。
流体的流动状态可以用雷诺数（Ｒｅ）来表示，它是一个无量纲量。
Ｒｅ超过某一临界值时，层流就变成湍流。
稀分散体系的粘度：液体流动时，为克服内摩擦阻力需消耗一定的能量，倘若液体中存在粒子，则流体的流线在粒子附近受到干扰，这就要消耗额外的能量，所以分散体系的黏度均高于纯溶剂的黏度。
通常溶胶黏度η与溶剂黏度η0之比称为相对黏度ηｒ。
1 分散相浓度的影响einstein黏度定律1906年，einstein根据流体力学理论推导出稀分散体系的黏度方程η＝η0（1＋2.5φ）式中，η、η0分别为溶液、溶剂的粘度，φ为体系中分散相的体积分数。
在推导此式时曾假设：①粒子是远大于介质分子的圆球；②粒子是刚体，完全为介质润湿；③分散体很稀，粒子间无相互作用；④无湍流。
对于较浓分散体系，粒子间相互干扰，Ｅｉｎｓｔｅｉｎ公式不再适用。
胶体的流变性质
施加额外的力方能破坏结构。
其它塑性体例子： 钻井泥浆、油墨
• 在爆炸条件下，要把通常的固体当作流体弹塑性体, • 兼有流体性质和弹塑性或粘弹塑性固体性质的连续介质 • 在高压、瞬时、大变形过程中, 介质的流动应力在某些部位远小于惯性力(和压力)， 因而其行为接近于流体。
挤牙膏时是什么状况？ 用力很轻时：则牙膏并不流出，只是膏面由平变凸，一松手又变平； 用力稍大时：牙膏从管中流出，再也不能缩回去；
像牙膏这类流体的特点是：
外加切力较小时，不会流动，只发生弹性变形； 一旦切力超过某一数值，体系的变形就是永久的； 具有可塑性----这样的流体称为塑性体
使塑性体开始流动所需要施加的临界切应力，称为屈服值
六、胶体的流变性质 rheologic
何谓“流变性质”？
流变性质： 是指物质在外力作用下的变形、和流动的性质
• 胶体的流变性质关联到许多重要的生产问题
• • • • • • 如油漆、 钻井液、√ 果酱、√ 血液粘度—血栓、 沥青、 陶土的成形
• 胶体流变性质常用来估计质点的大小、形状，及质点与介质间的相互作用
• 如果所调油漆太稠, • 会造成流平度不佳, 可能产生裂痕
油漆一次刷得太厚，即会造成流淌
刷的太薄—不均匀
刷得太厚—流淌
• 钻井液的流变性对钻井工作的影响
• 钻井液又称为钻井用泥浆， • 在钻井过程中用泵将钻井液送入孔中 • 可以保证高效、安全钻井，防止井漏、井喷
对其要求是： 高剪切速率下 要求钻头处 钻井液的粘度要低， 低有利于高压喷射钻井 低剪切速率下 要求（环空内）粘度增加 既有利于带沙、提屑， 利用较粘稠的泥浆 可起到好的粘结护壁作用
研究血液有形成分的流变学，如红细胞的变形、聚集、表面电荷等， 血细胞流变学 红细胞聚集性、红细胞变形性、血小板聚集性、血小板地带网粘附性等， 细胞流变学 从分子水平研究血液成分的流变特性， 分子血液流变学
2021年胶体的性质及其应用(自己整理)
胶体的性质及其应用欧阳光明（2021.03.07）一、分散系1、分散系：一种（或几种）物质以粒子形式分散到另一种物质里所形成的混合物。
分散质：被分散成粒子的物质（一般量少）2、分散系组成分散剂：粒子分散在其中的物质（一般量多）物质与水混合时，一般认为是分散剂。
3、分散系分类：、（）、。
溶液悬浊液胶体分散系粒子直径外观粒子组成能否透过半透膜能否透过滤纸提问：如何提纯胶体，例：如何除去Fe（OH）3胶体混有少量的氯化铁和氯化氢？二、胶体胶体的本质特征：是分散质粒子直径在～之间（可透过滤纸，不能透过半透膜）（一）胶体的性质1. 丁达尔现象（光学性质）实验：用激光笔垂直照射淀粉胶体，胶体，溶液。
现象：胶体内部存在一条光路而溶液没有。
结论：这种由于胶体微粒对光的散射作用形成的一条光亮的通道的现象叫丁达尔现象。
说明：应用此性质可对溶液和胶体进行区分。
例子：灰尘，提问：能否说一种液体只要有丁达尔效应，就是胶体？2. 布朗运动（动力学性质）引入：胶粒较小而轻，它在水中的运动情况如何实验：将一滴液体放在水中观察现象：胶体扩散解释：胶粒在不同方向受到了水分子撞击的力量大小不同，所以运动方向在每一瞬间都在改变，因而形成无秩序的不停的运动，这种现象叫布朗运动。
例子：花粉放于水中、空气中的灰尘、粉笔灰放于水中3. 电泳（电学性质）实验：将胶体放在U形管中，一端加导电现象：阴极附近颜色加深分析：阴极附近颜色加深→胶粒带正电荷在电场作用下向阴极移动→胶体直径小→表面积大→吸附能力强→只吸附阳离子，因而带正电荷。
结论：电泳：在电场作用下，胶体的微粒在分散剂里向阴极或阳极作定向移动的现象叫电泳。
< 胶粒带电的一般规律 >A. 带正电的胶粒：金属氧化物、金属氢氧化物FeO(与陶土的分离)、Fe（OH）3、Al（OH）3B. 带负电的胶粒：金属硫化物、非金属氧化物、硅酸及土壤陶土、H2SiO3、硫化砷胶粒提问：1、Fe（OH）3胶体带电荷，这一说法对不对，为什么？2、是不是所有胶体都发生电泳？即所有的胶粒都带电荷？（二）胶体的聚沉1. 胶体稳定存在的原因：（1）胶粒小，可被溶剂分子冲击不停地运动，不易下沉或上浮（2）胶粒带同性电荷，同性排斥，不易聚大，因而不下沉或上浮2. 要使胶粒聚沉可采用的方法：（1）加热法：温度升高，胶粒碰撞速率加快，从而使小颗粒成为大颗粒而凝聚。
第五讲胶体的流变性解析
dv D dx
切应力与切变速率是表征体系流变性质的两个基本参数。
一、基本概念和术语
2. 牛顿公式和黏度
流动时液体内部形成速度梯度，故产生运动阻力，切应
力反映此阻力大小。
dv D dx
η ——液体粘度
牛顿公式
黏度定义：将两块面积为1m2的板浸于液体中，两板
距离为1m，若加1N的切应力，使两板之间的相对速率
用已知黏度的牛顿流体（通常用甘油）进行测量，以W 对 转速Ω（r/min）作图，便可从直线的斜率求出仪器常数K。对 同一台仪器测量不同转速下所需外加的重量，便可画出流变曲 线，并可据此确定体系的流型。
一、基本概念和术语
（3）落球黏度计
原理：Stokes公式
一、基本概念和术语
4. 层流与湍流
层流（ laminar flow）的特点：体系的流动处于稳恒 状态，体系中任何一点的流速（包括大小、方向）不随
v 为在 t 时间内液体所流过的毛细管体积； p 为毛细管两端的压力差。
式中，r、l 分别为毛细管的半径和长度；
一、基本概念和术语
一般用已知黏度的液体测出粘度计的毛细管常数，再令 待测液体在相同的条件下流过同一只毛细管。因为同一毛细
管的r、l、v一定，故液体在毛细管中流动仅受压力差p的影响，
在此处压力差即为重力，即p=hρg，故可根据下式求出待测液 体的黏度：
t 0 0t0
η0、ρ0、t0分别为标准液体（如纯水、纯苯等黏度已知）的黏度、密度、 和使一定体积标准液体流过毛细管所经过的时间；η、ρ、t 为待测液体的 黏度、密度、和使同一体积待测液体流过毛细管所经过的时间。
一、基本概念和术语
若溶液很稀，则ρ≈ρ0，这时
胶体化学教案中的胶体的流变性与粘度特性
胶体化学教案中的胶体的流变性与粘度特性胶体化学是一门研究胶体体系的科学，它涉及到物理、化学、材料科学等多个学科领域。
在胶体化学的教学过程中，理解胶体的流变性和粘度特性是非常重要的。
本文将针对胶体在流变学和粘度方面的特性进行分析和讨论。
一、胶体的流变学特性流变学是研究物质变形和流动的科学，而胶体作为一种介于溶液和悬浮液之间的体系，具有其特殊的流变学特性。
1. 过渡频率与弹性模量胶体的过渡频率是指胶体转变为固体的频率范围。
在低频情况下，胶体表现出液体的流体特性，而在高频情况下则表现为固体的弹性特性。
弹性模量是衡量胶体固态特性的重要参数，它反映了胶体在受力下的变形程度。
过渡频率与弹性模量的测试可以通过动态力学分析仪进行。
2. 剪切应力与剪切应变剪切应力是指胶体在受到外力作用下产生的剪切变形所需的力。
而剪切应变则是胶体单位长度内的剪切变形。
胶体的剪切应力与剪切应变之间的关系可以用流变学模型来描述，常见的流变学模型包括牛顿流体模型、受限变形模型等。
3. 流动类型胶体的流动类型可以分为牛顿流体和非牛顿流体两种。
牛顿流体是指胶体的流动速率与施加的剪切应力成正比，流动规律符合牛顿定律。
而非牛顿流体则包括剪切稀化流体和剪切增稠流体。
剪切稀化流体在剪切条件下表现出阻力减小的特性，而剪切增稠流体则表现为阻力增加的特性。
二、胶体的粘度特性胶体的粘度是指胶体在受力作用下阻碍流动的程度。
胶体的粘度直接影响到其在实际应用中的流动性能。
1. 粘度的测定方法常见的胶体粘度测定方法包括旋转粘度计法、滴定法和流淌法等。
旋转粘度计法是通过测量胶体在旋转器转动下的扭矩和转速来计算粘度值，滴定法是通过滴定器滴入胶体溶液的滴数和时间来计算粘度值，流淌法是通过测量胶体溶液从容器中流出所需的时间来计算粘度值。
2. 粘度与浓度的关系胶体的浓度对其粘度有重要影响。
在胶体浓度低时，胶体颗粒之间的相互作用力较小，流动性较好，粘度较低；而在浓度较高时，胶体颗粒之间的相互作用力增大，流动性变差，粘度增加。
第五章胶体的性质.ppt
0 1
2.51
1
k0 R2
( 2
)2
• （5） 温度：
5.5.3 浓分散体系的流变性
流变学中吧切变速率D与切应力 的关
系图称为流变曲线，根据其特性可将其分为4种 流型：牛顿型、塑流型、假塑型、胀流型。
5.5.3.1 塑型流体
流变方程： y p D( y )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（3） 粒子的溶剂化：
对球形粒子，假设溶剂化只发生在粒子表面，
则：
湿
（1
3R r
)干
r为胶体粒子的半径，R为溶剂化层的厚度 ，
考虑溶剂化：
0
1
2.（5 1
3R r
)干
（4） 电黏效应
胶体粒子带电时，粒子与分散 介质之间的相对运动将产生电势差需 要外力来克服粒子的电荷与双电子层 离子之间的相互作用，使分散体系的 黏度增高：
8lv
此法适用于测定黏度为104 ~ 105
Pa. s的牛顿流体，使用范围较广，操 作简便、结果准确、但应严格控制温 度，选择合适的黏度计使流体的流出 时间在100~120s以上为宜，否则，误 差较大。
（2）同轴转筒型黏度计法 在两桶间装入待测流
体，当转筒转动时，由于 流体具有黏度，固定筒也 向相同方向转动，但扭力 丝将其扭会，当旋转与扭 回两力矩相等是，固定筒 不再转动而达平衡，此时：
5.5.3.5 假塑型流体
其特点：体系没有屈服值，流变曲线从
原点开始;表观粘a 度 随切边速率D的增大而减
小；其流变方程：
k Dn (0 n 1)
胶体化学第3章-胶体的基本性质
带正电；玻璃(D=5-6)与苯(D=2)接触时，玻璃带正电， 苯带负电。
玻璃在二氧杂环己烷（D=2.2）中带负电，不符合该规则。
电动现象
1807年，列斯（Peiic） 曾用两支无底的玻璃管插在 潮湿的黏土上，管底垫上一 层洗净的沙，管中加上蒸馏 水，使两管水面相平。在将 电源的两个电极分别插入两 管时，发现负电极管中的水 位上升，正电极管中水位下 降；正电极管的底部呈现浑 浊状态，而负电极管中则清 亮如初。
球形金属微粒在水中的沉降速度
(按=10g/cm3, 0=1g/cm3,=1.15mPa s时的计算值)
粒子半径
/cm s-1
沉降1cm所需时间
10-3cm
1.7×10-1
5.9s
10-4cm 100nm
1.7×10-3 1.7×10-5
9.8min 16h
10nm
1.7×10-7
68d
1nm
1.7×10-9
超显微镜的目镜看 到的是胶粒的散射光。 如果溶液中没有胶粒， 视野将是一片黑暗。
超显微镜的应用
• 测定溶胶粒子大小； • 布朗运动和涨落现象的观察； • 确定胶体粒子的形状； • 胶体溶液分散度的估计； • 研究聚沉动力学过程； • 沉降平衡的研究； • 配合电泳仪，测定胶体粒子的电泳速率，可得出胶
Brown运动产生的本质
分散介质分子以大小不同和方向不同的力对胶体粒 子不断撞击而产生的。由于受到的力不平衡，连续地以 不同方向、不同速度作不规则运动。随着粒子增大，撞 击的次数增多，而作用力抵消的可能性也变大。
Brown运动的特点
★粒子越小，布朗运动越激烈。 ★运动激烈的程度不随时间而改变，但随温度 的升高而增加。 ★粒子半径大于5μm后，Brown运动就会消失。
第二章聚合物的流讲义变性质
几种典型的非牛顿流体
粘性液体及其指数定律
Kd dvrnKddtnK n
n 称为流动行为特定指数（简称流动指数），表征液 体偏离牛顿型流动的程度。
loglogKnlog
1-牛顿流体 2-膨胀性流体 3-假塑性流体（服从 指数定律） 4-假塑性流体（不服 从指数定律）
宽剪切速率范围的流动曲线
第一流动区
黏度比来表示。
只有当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内， Andrade公式材适用。 当温度从玻璃化温度到熔点（粘流温度）很宽的范围
时，聚合物的粘流活化能已不为一常数。
W.L.F公式
Williams等人发现：Tg到 Tg+100℃， 非晶态聚合物粘度的对数与其处于温度T时的 自由体积分数成反比。
精品
第二章聚合物的流 变性质
前言 聚合物熔体的流变行为 影响聚合物流动行为的主要因素
[思考题]
1) 聚合物的流动行为是如何分类的？ 2) 非牛顿性液体的流动行为曲线和流变行为是怎样的？ 3) 常见的非牛顿性液体有几种？它们流动时粘度是如
何随着剪切速率变化的？ 4)温度和剪切速率对聚合物熔体黏度的影响。
A:T→∞时的粘度常数
R:气体常数
Eη：聚合物粘流活化能 Eη的大小反应聚合物粘 度对温度的依赖性
Eη的大小反映聚合物黏度对温度的依赖性。 Eη愈大，榕体对温度愈敏感。
聚合物熔体粘度对温度的依赖性
1-PS
2-PC
3-PMMA 4-PP
5-CA
6-HDPE
7-POM 8-PA
9-PETD
聚合物黏度对温度的依赖性还可以用 温度敏感性指标来表示。 ——给定剪切速率下相差40 ℃的两个温度的
热固性聚合物：加热不仅发生物理变化，而且使活性官能 团发生交联。一旦材料硬化后，η→∞。
胶体的流变性解析
一、基本概念和术语
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一、基本概念和术语
由于速度梯度的存在，流动较慢的液层阻滞较快液层的流动，因此， 液体产生运动阻力。
为使液层维持一定的速度梯度运动，必须对液层施加一个与阻力相 反的反向力。
在单位液层面积上施加的这种力，称为切应力 (shear force)，简称切 力。用τ表示，单位为N/m2 。
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一、基本概念和术语
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一、基本概念和术语
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一、基本概念和术语
3. 黏度测定的方法
测定黏度的方法主要有毛细管法、转筒法及落球法。
（1）毛细管粘度计
用于测定液体、溶液和胶体溶液的黏度，主要 使用于牛顿流体。 毛细管粘度计的基本公式是Poiseuille公式
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二、稀胶体溶液的黏度
1. 分散相浓度的影响
对于稀的溶胶或悬浮液，Einstein假定：
•质点是远大于溶剂分子的圆球； •质点是缸体，且与介质无相互作用； •溶胶很稀，液体经过质点时，各层流所受到的干扰不相互影响； •无湍流。
从而导出 （0 1 2.5Φ）
式中， η为溶胶的黏度； η0为介质的黏度； Φ为分散相所占的体积分数。
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二、稀胶体溶液的黏度
液体流动时，为克服内摩擦需要消耗一定的能量。倘 若液体中有质点存在，则液体的流线在质点附近受到干 扰，这就要消耗额外的能量，因此，溶胶或者悬浮液的 黏度均高于纯溶剂的黏度。
定义相对黏度
溶剂
η r = η溶胶 /η
相对黏度的大小与质点的大小、形状、浓度、质点与 介质的相互作用以及它在流场中的定向程度等因素有关。
6-2胶体的流变性质 16页PPT文档
❖ 胶体的流变性质是指在外力作用下该物质的 变形和流动的性质。
胶体的流变行为具有重要的实用价值。 例如，泥浆、油漆、橡胶、塑料、纺织、食 品等工业产品的质量或工艺流程的设施，往 往取决于它的流变性质。
这种流动性质对日常生活有重 要意义。例如，用油漆刷饰物体要 求油漆的流动性适当，即既不保留 刷痕又能保持涂层一定厚度不流淌。 用黏土制陶器即要求湿土有一定流 动性便于保持其可塑性又不能流动 性太大，使陶胚形状不能维持。人 体血液维持一定的黏度才能既保证 正常血液循环又不致形成血栓……
一、黏度的定义
切应力、切应变与切边速度
单位面积上的力称为切应力，用τ表示,即t = F
速度梯度亦称为切速度，并用符号D表示，则上 A
式可写为τ=ηD 此式称为牛顿黏度公式。
对于纯液体和小分子化合物的
溶液，由外力F所形成的应切力τ完 全用于克服液体的内摩擦，则应切 力τ与切变速率D成正比： τ=ηD此 式称为牛顿定律。
牛顿流体的流型为牛 顿型，非牛顿流体包 括塑流型、假流型、 胀流型和触变性。这 些流型的流变曲线见 图。
1、牛顿体
t 塑性体
牛顿体
D－τ关系为直线，且 过原点，即在任意小 的外力作用下液体就 能流动。
胀流体 假塑体 D
t
2、塑性流体
流变曲线也是直线，但不
τy
过原点，而是与切力轴交
于τy处。 τy称为屈服值。
t ty =塑D
塑性体 D
η塑称为塑性黏度，与屈服值是塑性体两个重要的流变
参数。
通俗的说，塑型体是“越搅越稀”，即用外力搅动时，力 太小搅不动，力大到一定程度突然可以搅动，并随用力增 大，体系黏度急剧减小。油漆、泥浆等均为溯流体。