毛细管流变仪原理介绍-全
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毛细管流变仪原理和应用
ETA 1 [Pa*s] 2.25E+01 8.39E+00 6.33E+00 4.18E+00 2.89E+00 2.21E+00 1.77E+00 1.43E+00 1.20E+00 1.05E+00 9.25E-01
利用Rabinowitsch校正
计算管壁处的剪切速率的
前提是流体是均相的，即
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多料筒测试优势
Recommended die for apparent viscosity 30/1mm
壁滑移校正
入口压力降校正
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流变性能： 剪切流动
流变曲线（分析高分子熔体在加工设备中的流动性能） 挤出胀大激光测微仪（挤出胀大） 高压对粘度的影响（注射模式） 鲨鱼皮检测 熔体温度测试
流变测试设备 毛细管流变仪
更加完备的扩展功能 提供更多更宽更特殊的流变测试应用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 毛细管流变仪原理介绍 • 产品简介 • 功能介绍
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compression moulding
mixing - calandering transfer moulding - extrusion
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P = pen + pvis + pex
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Pressure Drop (bar)
}
100 80 60 40 20 0 -5
03 第三章 毛细管流变仪
和消耗了部分能量的结果。实验发现，在全部压力损失中，95%是由于弹性能贮存引起的，
仅有 5%是由粘性耗散引起的。因此，对于纯粘性的牛顿流体而言，入口压力降很小，可忽
略不计，而对粘弹性流体则必须考虑因其弹性形变而导致的压力损失。相对而言，出口压力
降比入口压力降要小得多，对牛顿流体而言，出口压力降为零；对于粘弹性流体，若其弹性
压力型毛细管流变仪的构造见图 3-1，其核心部件是位于料筒下部的给定长径比的毛细 管；料筒周围为恒温加热套，内有电热丝；料筒内物料的上部为液压驱动的柱塞。物料经加 热变为熔体后，在柱塞高压作用下从毛细管中挤出，由此可测量物料的粘弹性。
①—毛细管 ②—物料 ③—柱塞 ④—料筒 ⑤—热电偶 ⑥—加热线圈 ⑦—加热片 ⑧—支架 ⑨—负荷 ⑩—仪器支架
第三章 压力型毛细管流变仪
3-1 概述
毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作 简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率 γ& ：10-2～105s-1)。毛细管流变仪可分为两类：一类 是压力型毛细管流变仪，通常简称为毛细管流变仪；另一类是重力型毛细管流变仪，如乌氏 粘度计（参见第九章）。压力型毛细管流变仪既可以测定聚合物熔体在毛细管中的剪切应力 和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变毛细管的长径 比来研究熔体的弹性和不稳定流动(包括熔体破裂)现象，从而预测聚合物的加工行为，作为 选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；此外，还可为高分子加工 机械和成型模具的辅助设计提供基本数据，并可用作聚合物大分子结构表征研究的辅助手 段。
=
π∆PR 4 8µL′
γ&
=
∂u z ∂r
=
毛细管流变仪的主体结构工作原理及相关校正PPT课件
零口模. (L/D ~ 0)
10
20 L/D ratio
P P长口模 - P零口模
剪切 & 拉伸粘度
长口模的压力降包括剪切和拉伸的作用
减去
=
剪切 粘度
剪切 & 拉伸
-
拉伸
= 剪切粘度
双料桶设计
双料桶设计的优点：
1. 单桶实验，不做校正.
简单的剪切粘度测试，不做入口校正
2. 双桶实验，Bagley校正
1,0E-02
1,0E+00
1,0E+02
1,0E+04
Shear Rate / Extensional Rate (1/s)
1,0E+06
毛细管流变应用二：熔体破裂
HDPE剪切应力和剪切速率关系
1000000
Shear Stress (Pa) Pressure (Mpa)
100000
10000 1
ISBN: 0-444-87469-0 所以，需要对剪切速率进行校正
Viscosity ShearStress Shear Rate
技术支持 – 丰富的多媒体学习资料
毛细管流变仪原理
料桶
PL L
Pl
完全发展区
Pw
入口区
0
0
Z
L
v
测量的压力降
=
P
入口压力降
+
完全发展区压
L
2R
力降
+
出口压力降
small ram extruder
这种方法避免了外推法 可选但对比数据是必须保持一致！
两种材料，不做校正.
Standard Extension Melt
Rosand培训第二节毛细管流变仪的主体结构工作原理及相关校正
最常用的实验，同时测量剪切粘度 （入口校正）和拉伸粘度
3. 两种材料，不做校正.
同时做两种材料实验.
4. 扩展剪切速率实验，不做校正
使用两种不同尺寸的口模，扩展剪切 速率范围
Rabinowitsch Correction
Rabinowitsch 校正
牛顿流体在圆形管道中的速度 分布是抛物线状
然而，大多数流体是非牛顿流 体，如聚合物熔体，剪切变稀
牛顿流体
毛细管流变仪原理
非牛顿流体
app
4Q
R3
app
R P 2L
校正
Kn1
n
d (log ) d (log)
Bagley校正 Rabinowitisch 校正 壁面滑移校正
True True
牛顿流体
聚合物 流体
流动曲线测量
控制：活塞速率
测量：压力降
app app
表观剪切粘度，没有进行校正
Injection moulding
Extrusion
Coating
1.E-01 1.E+01 Shear rate (s-1)
1.E+03
1.E+05
Rosand 毛细管流变仪示意图
主要部件是料桶…… 包括
▪ 样品 ▪ 压力传感器 ▪ 温度传感器 ▪ 活塞 ▪ 口模
基本假设条件
完全发展流动-稳态条件 恒温，层流 材料粘附在管壁，没有滑移
管壁处的剪切应力：
w
R P 2L
毛细管流变仪原理-剪切速率
剪切速率 速度
dv r P dr 2L
v(r) PR2 [1 ( r )2 ]
4L R
哈根-泊肃叶方程（Hagen-Poiseuille方程）
3. 两种材料，不做校正.
同时做两种材料实验.
4. 扩展剪切速率实验，不做校正
使用两种不同尺寸的口模，扩展剪切 速率范围
Rabinowitsch Correction
Rabinowitsch 校正
牛顿流体在圆形管道中的速度 分布是抛物线状
然而，大多数流体是非牛顿流 体，如聚合物熔体，剪切变稀
牛顿流体
毛细管流变仪原理
非牛顿流体
app
4Q
R3
app
R P 2L
校正
Kn1
n
d (log ) d (log)
Bagley校正 Rabinowitisch 校正 壁面滑移校正
True True
牛顿流体
聚合物 流体
流动曲线测量
控制：活塞速率
测量：压力降
app app
表观剪切粘度，没有进行校正
Injection moulding
Extrusion
Coating
1.E-01 1.E+01 Shear rate (s-1)
1.E+03
1.E+05
Rosand 毛细管流变仪示意图
主要部件是料桶…… 包括
▪ 样品 ▪ 压力传感器 ▪ 温度传感器 ▪ 活塞 ▪ 口模
基本假设条件
完全发展流动-稳态条件 恒温，层流 材料粘附在管壁，没有滑移
管壁处的剪切应力：
w
R P 2L
毛细管流变仪原理-剪切速率
剪切速率 速度
dv r P dr 2L
v(r) PR2 [1 ( r )2 ]
4L R
哈根-泊肃叶方程（Hagen-Poiseuille方程）
Rosand培训2：第二节-毛细管流变仪的主体结构、工作原理及相关校正
拉伸粘度
1,0E+04
1,0E+03
剪切粘度
1,0E+02
Low Extension 2.0mm Standard Extension 1mm Standard Extension Melt Rupture High Extension 0.5mm
1,0E+01 1,0E-04
1,0E-02
1,0E+00
管壁处流速为0 管壁处剪切速率最大-这也是我们在所有测试中提到的 剪切速率
速度只是径向分布 样品不可压缩
毛细管流变仪原理
控制活塞速度(相当于控制剪 切速率) 压力与剪切应力相关(测量压 力计算剪切应力).
Shear Stress Viscosity = Shear Rate
毛细管流变仪原理
料桶
PL
Rabinowitsch 校正
对于非牛顿流体
γ&app
4Q = 3 πr
表观剪切速率 (牛顿流体) 校正剪切速率 (聚合物熔体) . If n = 0.5, = 1.25 * γa
polyethylene polypropylene PVC polyamide 0.3 0.3 0.2 0.6 to 0.6 to 0.4 to 0.5 to 0.9
零口模结果
Cogswell 方法
双料桶，长口模和零口模 可以直接测量拉伸粘度. 不需要外推.
压力
•
毛细管口模. (L/D = 16)
可以进行Bagley校正. (should not be confused with Historical Bagley correction)
•
10
零口模. (L/D ~ 0) 20 L/D ratio
毛细管流变仪原理及应用
毛细管流变仪原理及应用毛细管流变仪（capillary rheometer）是一种用于研究物质流变性质的仪器。
它的原理基于毛细管流动和约束流动，测量物质在不同条件下的流变行为，并分析其粘度、流变指数、流变应力等参数。
毛细管流变仪广泛应用于塑料、橡胶、涂料、胶粘剂、食品和医药等领域。
毛细管流变仪的原理主要包括两个方面：一是毛细管内液体的流动，二是被测物质的流变性质。
毛细管内液体的流动原理是基于胡克定律。
当物质通过毛细管时，由于毛细管壁的内摩擦力和物质流动所产生的剪切力相互作用，物质内部会产生剪切变形。
根据胡克定律，剪切应力与剪切变形之间存在线性关系。
毛细管流变仪通过测量施加在物质上的剪切应力和物质的剪切变形，得到物质的粘度。
被测物质的流变性质主要通过物质在不同温度、剪切速率和剪切应力下的表现来研究。
毛细管流变仪通过控制温度、施加剪切速率和剪切应力，判断物质的流变行为。
例如，物质的流变指数可以判断物质是属于牛顿流体还是非牛顿流体。
牛顿流体的流变指数为1，即剪切应力和剪切速率成正比；非牛顿流体的流变指数小于1或大于1，并且剪切应力和剪切速率之间的关系不是线性的。
毛细管流变仪的应用领域非常广泛。
在塑料和橡胶工业中，毛细管流变仪可以帮助生产商确定塑料和橡胶的加工条件，控制产品质量。
例如，通过测量塑料熔融指数，可以了解塑料的熔融流动性，并控制熔融过程的温度和剪切速率。
在涂料和胶粘剂工业中，毛细管流变仪可以评估涂层和粘合剂的流动性和涂布性能，帮助调整配方和生产工艺，提高产品质量。
在食品和医药领域，毛细管流变仪可以研究食品和药品的流变性质，了解其流动行为和质量特性，指导食品加工和药物制剂的设计。
总之，毛细管流变仪作为一种重要的流变性质测试仪器，具有广泛的应用价值。
通过测量物质的流变行为，可以了解物质的物理特性、加工性能和产品质量，为不同领域的生产和研发提供重要的参考依据。
毛细管流变仪原理介绍-全
食品工业
食品物料的流动特性分析
毛细管流变仪可用于研究食品物料的流变特性，如粘度、剪切应力、屈服点等，有助于了解食品的加工性能和产 品质量。
食品添加剂的影响
通过测量添加不同食品添加剂后物料的流变性质变化，有助于研究添加剂对食品加工过程和产品品质的影响。
油漆与涂料行业
油漆的粘度控制
毛细管流变仪可用于测量油漆的粘度，为油漆的配方设计和生产过程中的粘度控制提供依据。
依据。
环境监测领域
利用毛细管流变仪测量水体、土壤 等环境介质的流变特性，为环境治 理和保护提供数据支持。
食品工业领域
在食品工业中应用毛细管流变仪， 研究食品物料的流变特性，为食品 加工和质量控制提供帮助。
标准化与规范化的推进
制定统一的行业标准
推动制定毛细管流变仪的统一行业标准，规范产品性能指标和测 试方法，提高产品的可靠性和可比性。
新型传感器技术
研发高灵敏度、高分辨率 的新型传感器，以适应复 杂流体的测量需求，提升 测量精度和可靠性。
微型化技术
将毛细管流变仪微型化， 使其更便于携带和使用， 满足现场快速测量的需求。
应用领域的拓展
生物医学领域
将毛细管流变仪应用于生物医学 领域，研究生物体液和血液的流 变特性，为疾病诊断和治疗提供
粘度是描述流体在剪切力作用下的流动特性的物理量，表示流体抵抗剪切变形的能 力。
粘度与流体的分子结构、温度、压力等因素有关，是流体的重要流变参数之一。
在毛细管流变仪中，通过测量流体在毛细管中的流动速度，可以计算出流体的粘度。在外力作用下发生形变后，能够恢复原状的能力。
02
弹性与流体的分子结构和温度等因素有关，对于高分子材料和
操作简便
毛细管流变仪结构简单，操作 方便，可快速获得测量结果。
Goettfert毛细管流变仪知识
Goettfert毛细管流变仪的知识（销售过程中的参考材料）橡塑材料具有流变行为。
流变，即流动和变形的总称。
变形行为的研究一般用旋转流变仪，它是在较小变形水平上的动态测试，以弹性模量、粘性模量和损耗因子等三个主要参数对材料进行表征。
主要应用于理论研究。
流动行为的研究一般用毛细管流变仪，它是在剪切应力的作用下，使熔体产生流动。
直接测量剪切应力和剪切应变速率两个参数，可计算出粘度随剪切速率的变化曲线，即粘度曲线。
毛细管流变仪测量方法更贴近生产过程，对工业上的材料研发及生产具有直接的指导意义。
α=σ/ ý 式中：α-剪切粘度（Pa s）σ-剪切应力（Pa）ý-剪切应变速率（1/s）粘度是流动的阻力。
粘度具有温度依赖性和应变速率依赖性。
粘度的应变速率依赖性可用一筒料，一次试验得到，８～１０个不同速率的数据点。
粘度的温度依赖性一般需要不同温度下的多次试验才能得到。
一、毛细管流变仪的主要技术指标和功能：1、最大力值剪切应力=应力因子×剪切力力值越大，剪切应力越大，可测的粘度越大；力值越大，活塞速度越高，剪切速率越大。
2、最大速度及动态速度比剪切应变速率=应变因子×活塞速度速度越高，剪切速率越大，即可进行高速剪切。
动态速度比= 最低速度：最高速度动态速度比越大，剪切速率范围越大。
例如：RT2000 动态速度比为1：400，000 剪切速率范围可跨越5个半数量级。
3、最大剪切速率取决于①最大力值；②料筒直径；③口模的直径（直径越小，剪切速率越大）4、最大口模长径比长径比越大，入口压力效应越小。
长径比≧40 可不进行Bagley校正。
但制造大长径比的口模工艺困难，所以，现在最大长径比为40零口模只具有理论意义，实际上误差很大，Goettfert不推荐使用。
5、料筒直径及个数料筒直径：直径越大，装料越多，数据点越多。
不同的测试功能需要不同的直径，MFR测试，标准规定为9.5mm；热传导测试需要大直径的料筒；PVT测试对料筒直径也有要求。
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–剪切应变的应力除以剪切速率
精品课件
解释 :
• 应力：单位面积上的力 (多少)
• 应变：相对样品尺寸上的变形幅度 (多大)
• 剪切速率：随时间应变的变化率
(多快)
• 剪切粘度：在一定的条件下熔体是否容易流动
精品课件
基本概念-剪切
A
d
b a
即：在一定温度下，流体剪切应力与剪切速率不成正比的线 性关系，其粘度不是常数，而是随剪切应力或剪切速率而变 化的非牛顿粘度η。
精品课件
剪切形变-流变学基本定义
• 剪切应力（Shear stress, σ）
–单位面积所受的剪切力
• 剪切应变（Shear strain, γ. ）
–剪切形变除以高度
• 剪切（应变）速率（Shear rate, γ ）
• 熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作 用下，高分子链沿着外力作用发生伸展， 当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲， 使形变部分恢复，表现出弹性行为。
精品课件
高聚物流体的非牛顿性
高聚物流体
{ 弹性：分子链构象不断变化 粘性：流动中分子链相对运动
分子链构象的变化 精品课件
流动性
以粘度的倒数表示流动性。按作用方式的不同,流动可分为剪切流动和 拉伸流动,相应地有剪切粘度和拉伸粘度。前者为切应力与切变速率之 比；后者为拉伸应力与拉伸应变速度之比。聚合物的结构不同，流动性 （或粘度）就不同。对于聚合物熔体，大多数是属于假塑性液体,其剪 切粘度随剪切应力的增加而降低,同时测试条件（温度、压力）、分子 参数（分子量及其分布、支化度等）和添加剂(填料、增塑剂、润滑剂 等)等因素对剪切粘度-剪切应力曲线的移动方向均有影响。对于拉伸粘 度，当应变速率很低时，单向拉伸的拉伸粘度约为剪切粘度的 3倍，而 双向相等的拉伸，其拉伸粘度约为剪切粘度的6倍。拉伸粘度随拉伸应 力增大而增大,即使在某些情况下有所下降，其下降的幅度远较剪切粘 度的小。因此，在大的应力作用下，拉伸粘度往往要比剪切粘度大一二 个数量级，这可使化学纤维纺丝过程更为容易和稳定。
Pa.s (SI) P (CGS)
精品课件 1 mPa.s = 1 cP
影响聚合物加工的流变性能主有：
* 聚合物的流动性
* 弹性 * 断裂特性
精品课件
高分子材料流动性特点
• 粘度大流动性差：这是因为高分子链的流 动是通过链段的相继位移来实现分子链的 整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。
• 不符合流动规律：在流动的过程中粘度随 剪切速率的增加而下降。
精品课件
聚合物加工实例
精品课件
非牛顿流体
流变学研究对象： 包括非牛顿流体、粘弹性固体和流体与固体之间的物质（如 悬浮体）。
对于高分子来说，绝大多数的成型加工都是熔融状态下进行 的，特别是热塑性塑料加工。因此，高聚物在粘流温度下的 流动性和弹性，是其成型加工的首要性能。
非牛顿流体定义：凡不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿 流体。
剪切应变
u (m)
d (m)
无量纲
• 剪切应变 （Shear strain）被简称为应变 （Strain），剪切时物体所产生的相对形变量
• 无量纲，常常用%表示
精品课件
基本概念-剪切速率（Shear rate）
剪切速率
t (s)
S-1
• 剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪 切速率（Shear rate） ，表示剪切应变快慢
• 单位 s-1
精品课件
剪切粘度(Shear viscosity)
• 粘度就是流动的阻力
–粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等）
–粘度越小，越容易流动（水等）
剪切应力（施加外力） 剪切粘度 =
剪切速率（运动速度）
Pa.s
• 单位（Unit）
–Pascal second –Poise
• 1 Pa.s = 10 P,
微观法即分子流变学方法，是从分子运动的角度出发，对
材料的力学行为和分子运动过程进行相互关联，提出材料结构
与宏观流变行为的联系。(珠簧相空间理论、分子网络理论、
蛇行管理论）
精品课件
领域
• 聚合物 – 我们需要理解熔体流动性能， 从而设计模具等
• 食品 – 良好的外观、质地和加工特性 • 涂料 – 储存寿命和表面流平性能 • 墨水 – 打印清晰度和准确计量 • 医药– 正确的配方定量，沉降性能等 • 还有：泥浆、钻井液、沥青、橡胶等
Stress
Shear Rate
Shear Rate
剪切变稀
Shear Rate
剪切增稠
Viscosity
Viscosity
Viscosity
Shear Rate e.g. 硅油, 悬浮液
• 面积A = ab
•高
=
d
• 假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。
精品课件
基本概念-剪切应力（Shear stress）
剪切应力
F (N)
A (m 2 )
Pa
• 单位面积所受的剪切力（The applied force per unit area）
• 1 N/m2 = 1 Pa
精品课件
基本概念-剪切应变（Shear strain）
聚合物流变学
精品课件
主要内容
• 基本概念
–流变学定义（Definition of rheology） –剪切流动（Shear） –拉伸流动（Extensional）
精品课件
流变学-Rheology
• 流变学是研究材料流动与变形的学科
“ the science of deformation and flow
精品课件
粘度的影响因素
• 材料的内部结构（材料配方、颗粒大小、颗粒分 布、分子量等）
• 温度（一般来说，温度越高，粘度越低）
• 剪切速率（或者拉伸速率）
• 时间 （触变性）
• 压力
(C,T,P,t,)
精品课件
典型的流动曲线（Flow
behavior）
牛顿流体
假塑性流体
胀塑性流体
Stress
Stress
”
Rheology: rheo (to flow) + logos
(science)
精品课件
流变学
流变学是力学中一门较新的分支学科，它主要研究各种材 料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件中与时间有关的变 形和流动的规律。
研究方法 主要有宏观与微观两种：
宏观法即经典的唯象研究方法，是将聚合物看作由连续质 点组成，材料性能是位置的连续函数，研究材料的性能是从建 立粘弹模型出发,进行应力-应变或应变速率分析。
精品课件
解释 :
• 应力：单位面积上的力 (多少)
• 应变：相对样品尺寸上的变形幅度 (多大)
• 剪切速率：随时间应变的变化率
(多快)
• 剪切粘度：在一定的条件下熔体是否容易流动
精品课件
基本概念-剪切
A
d
b a
即：在一定温度下，流体剪切应力与剪切速率不成正比的线 性关系，其粘度不是常数，而是随剪切应力或剪切速率而变 化的非牛顿粘度η。
精品课件
剪切形变-流变学基本定义
• 剪切应力（Shear stress, σ）
–单位面积所受的剪切力
• 剪切应变（Shear strain, γ. ）
–剪切形变除以高度
• 剪切（应变）速率（Shear rate, γ ）
• 熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作 用下，高分子链沿着外力作用发生伸展， 当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲， 使形变部分恢复，表现出弹性行为。
精品课件
高聚物流体的非牛顿性
高聚物流体
{ 弹性：分子链构象不断变化 粘性：流动中分子链相对运动
分子链构象的变化 精品课件
流动性
以粘度的倒数表示流动性。按作用方式的不同,流动可分为剪切流动和 拉伸流动,相应地有剪切粘度和拉伸粘度。前者为切应力与切变速率之 比；后者为拉伸应力与拉伸应变速度之比。聚合物的结构不同，流动性 （或粘度）就不同。对于聚合物熔体，大多数是属于假塑性液体,其剪 切粘度随剪切应力的增加而降低,同时测试条件（温度、压力）、分子 参数（分子量及其分布、支化度等）和添加剂(填料、增塑剂、润滑剂 等)等因素对剪切粘度-剪切应力曲线的移动方向均有影响。对于拉伸粘 度，当应变速率很低时，单向拉伸的拉伸粘度约为剪切粘度的 3倍，而 双向相等的拉伸，其拉伸粘度约为剪切粘度的6倍。拉伸粘度随拉伸应 力增大而增大,即使在某些情况下有所下降，其下降的幅度远较剪切粘 度的小。因此，在大的应力作用下，拉伸粘度往往要比剪切粘度大一二 个数量级，这可使化学纤维纺丝过程更为容易和稳定。
Pa.s (SI) P (CGS)
精品课件 1 mPa.s = 1 cP
影响聚合物加工的流变性能主有：
* 聚合物的流动性
* 弹性 * 断裂特性
精品课件
高分子材料流动性特点
• 粘度大流动性差：这是因为高分子链的流 动是通过链段的相继位移来实现分子链的 整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。
• 不符合流动规律：在流动的过程中粘度随 剪切速率的增加而下降。
精品课件
聚合物加工实例
精品课件
非牛顿流体
流变学研究对象： 包括非牛顿流体、粘弹性固体和流体与固体之间的物质（如 悬浮体）。
对于高分子来说，绝大多数的成型加工都是熔融状态下进行 的，特别是热塑性塑料加工。因此，高聚物在粘流温度下的 流动性和弹性，是其成型加工的首要性能。
非牛顿流体定义：凡不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿 流体。
剪切应变
u (m)
d (m)
无量纲
• 剪切应变 （Shear strain）被简称为应变 （Strain），剪切时物体所产生的相对形变量
• 无量纲，常常用%表示
精品课件
基本概念-剪切速率（Shear rate）
剪切速率
t (s)
S-1
• 剪切应变速率（Shear strain rate）或者剪 切速率（Shear rate） ，表示剪切应变快慢
• 单位 s-1
精品课件
剪切粘度(Shear viscosity)
• 粘度就是流动的阻力
–粘度越大，越难流动（蜂蜜，酸奶等）
–粘度越小，越容易流动（水等）
剪切应力（施加外力） 剪切粘度 =
剪切速率（运动速度）
Pa.s
• 单位（Unit）
–Pascal second –Poise
• 1 Pa.s = 10 P,
微观法即分子流变学方法，是从分子运动的角度出发，对
材料的力学行为和分子运动过程进行相互关联，提出材料结构
与宏观流变行为的联系。(珠簧相空间理论、分子网络理论、
蛇行管理论）
精品课件
领域
• 聚合物 – 我们需要理解熔体流动性能， 从而设计模具等
• 食品 – 良好的外观、质地和加工特性 • 涂料 – 储存寿命和表面流平性能 • 墨水 – 打印清晰度和准确计量 • 医药– 正确的配方定量，沉降性能等 • 还有：泥浆、钻井液、沥青、橡胶等
Stress
Shear Rate
Shear Rate
剪切变稀
Shear Rate
剪切增稠
Viscosity
Viscosity
Viscosity
Shear Rate e.g. 硅油, 悬浮液
• 面积A = ab
•高
=
d
• 假设一个立方体的长宽高分别为a，b，d。
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基本概念-剪切应力（Shear stress）
剪切应力
F (N)
A (m 2 )
Pa
• 单位面积所受的剪切力（The applied force per unit area）
• 1 N/m2 = 1 Pa
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基本概念-剪切应变（Shear strain）
聚合物流变学
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主要内容
• 基本概念
–流变学定义（Definition of rheology） –剪切流动（Shear） –拉伸流动（Extensional）
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流变学-Rheology
• 流变学是研究材料流动与变形的学科
“ the science of deformation and flow
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粘度的影响因素
• 材料的内部结构（材料配方、颗粒大小、颗粒分 布、分子量等）
• 温度（一般来说，温度越高，粘度越低）
• 剪切速率（或者拉伸速率）
• 时间 （触变性）
• 压力
(C,T,P,t,)
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典型的流动曲线（Flow
behavior）
牛顿流体
假塑性流体
胀塑性流体
Stress
Stress
”
Rheology: rheo (to flow) + logos
(science)
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流变学
流变学是力学中一门较新的分支学科，它主要研究各种材 料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件中与时间有关的变 形和流动的规律。
研究方法 主要有宏观与微观两种：
宏观法即经典的唯象研究方法，是将聚合物看作由连续质 点组成，材料性能是位置的连续函数，研究材料的性能是从建 立粘弹模型出发,进行应力-应变或应变速率分析。