由于非牛顿流体剪切应力与剪切速率不存在线性关系,通常用曲线的形式来表示它们的流动特性,这些流动曲线可以由实验得到,我们把它们统称为流动曲线
6.4.1幂律方程(Powerlaw)


6.4.2 流动曲线的分析

Ø第一牛顿区:在较低剪切速率范围内,聚合物分子链虽受剪切速率的影响,分子链定向、伸展或解缠绕,但在布朗运动作用下,它仍有足够时间恢复为无序状态,因此它的粘度不随剪切速率变化
Ø假塑区或剪切稀化区: 从分子的角度看,在该区内剪切作用已超过布朗运动的作用。分子链发生定向、伸展并发生缠绕的逐步解体,而且已不能恢复
Ø第二牛顿区:当剪切速率达到—定值后,分子链的缠绕已完全解体,所以粘度不再下降,保持不变
当剪切速率进一步提高时,会发生所谓的熔体破坏(Meltfracture)现象,这一剪切速率即为聚合物熔体成型加工所受剪切速率的上限

挤出膨胀和熔体破裂
6.4.3 Bingham塑性(Plasticity)
某些聚合物流体(大多为分散体系)在静止时形成分子间或粒子间网络(极性键间的吸引力、分子间力、氢键等)。这些键力的作用使它们在受较低应力时像固体一样,只发生弹性变形而不流动,只有当外力超过某个临界值Sy,称之为屈服应力时,它发生流动,这时网络被破坏、固体变为液体。这种流变特性称为塑性。
定义如下:

式中,Sy为屈服应力;在S<Sy时,宾汉性材料表现为线性弹性律,只发生变形g,服从虎克定律。当S>Sy时它变为液体,发生牛顿流动,此时流体称为理想宾汉流体
理想宾汉流体的粘度称之为塑性粘度或宾汉粘度,以hp表示
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具有宾汉塑性的常见流体有泥浆、牙膏、油漆和沥青等,宾汉流体塑性行为或流动临界应力的存在,一般解释为与分子缔合或某种结构的破坏有关
6.4.4 触变性(Thixotropy)
主要指非牛顿流体的粘度与时间的关系,在恒定剪切速率下粘度随时间增加而降低。
v假塑性流体:在剪切流动时,发生分子定向、伸展和解缠绕,粘度随剪切速率增大而降低。但当剪切流动停止或剪切速度减小时,分子定向等就立即丧失恢复至原来状态
v触变性流体:如果连续地增大剪切速度,测定剪切应力S,以S对剪切速率作图。如下图中的升高曲线Ⅰ。再使剪切速率连续下降,测得下降曲线Ⅱ,但下降曲线并不与Ⅰ重合。两条曲线之间的面积定义了触变性的大小,它具有能量的量纲。阴影面积正是单位面积中凝胶结构被破坏的外界所作的功。

触变性流体通常具有三维网络结构,称之为凝胶,由分子间的氢键等作用力而形成;由于这种键力很弱、当受剪切力作用,它很容易断裂,凝胶逐渐受到破坏,这种破坏是有时间依赖性的,最后会达到在给定剪切速率下的最低值,这时凝胶完全破坏,成为“溶胶”。当剪切力消失时,凝胶结构又会逐渐恢复,但恢复的速度比破坏的速度慢得多。触变性就是凝胶结构形成和破坏的能力

粘度随剪切的时间下降达到最低值(“溶胶”状态),静止后结构恢复,最后恢复到凝胶状态,但恢复需要的时间长得多
不同的触变性表现为粘度恢复的快慢,虽然完全恢复需要较长时间,但初期恢复的比例常会在几秒或几分钟内达到30%~50%。这种初期恢复性在实际应用中很重要。对涂料、化妆品和药物等生产和应用十分重要
6.4.5流凝性(反触变性)
流凝性(Pheopexy)这种流动特性与触变性刚好相反,即粘度随剪切时间的增长而增大,而在静止后,又逐渐恢复到原来的低粘度,这种过程可以无数次的重复。这种流动特性虽存在,但很少见

