流变学的介绍
Websters Dictionary 定义流变学为”材料的流动与形变的研究,其中包含弹性、粘度和塑性。” 在这章中,我们定义粘度为“流体分子的吸引力所引起的内在摩擦力,此摩擦力会抵抗流体的流动。”你的 Brookfield 粘度计测量此摩擦力,然后作为研究流变学的工具。此章的目的是要使你了解不同形式的流动行为以及使用 Brookfield 粘度计作为研究流变行为的仪器以帮助你处理任何真实流体的分析。对于以粘度测量作为理论和学术方面探讨的研究者而言,这项信息对于粘度计的使用者提供相当的帮助。
粘度是测量流体内在摩擦力的所获得的数值。当某一层流体的移动会受到另一层流体移动的影响时,此摩擦力显得极为重要。摩擦力越大,我们就必须施予更大的力量以造成流体的移动,此力量即称为”剪切(shear)”。剪切发生的条件为当流体发生物理性地移动或分散,如倾倒、散布、喷雾、混合等等。高粘度的流体比低粘度的材料需要更大的力量才能造成流体的流动。
牛顿以图 4-1 的模式来定义流体的粘度。两不同平面但平面的流体,拥有相同的面积”A”,相隔距离 ”dx”,且以不同流速”V1”和”V2”往相同方向流动,牛顿假设保持此不同流速的力量正比于流体的相对速度或速度梯度,即:
F/A = ηdv/dx
其中η与材料性质有关,我们称为”粘度”(理解为摩擦系数)。 速度梯度,dv/dx,为测量中间层的相对速度, 其描述出液体所受到的剪切,我们将它称为”剪速(shear rate)”,以S表示;其单位为时间倒数(sec⁻¹)。
F/A项代表了单位面积下,剪切所造成的合力,称为”剪力(shear stress)”,以F代表;其单 位为达因每平方公分(dyne/cm2)。 使用这些符号,粘度计可以下列数学式定义:
η=粘度=F/S=剪力/剪速
粘度的基本单位为”poise”。我们定义一材料在剪力为 1 达因每平方公分、剪速为1 sec⁻¹下的粘度为100 poise测量粘度时。
粘度单位换算
cP=1 mPa.s,
1Pa.s=100 dPa.s
1Pa.s =1000 mPa.s
牛顿假设所有的材料在固定温度下,粘度与剪速是没有相关的,亦即两倍的力量可以帮助流体移动两倍的速速。 就我们所知,牛顿的假设只有部分是正确的。