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流變學(xué)是一門(mén)比較前沿的學(xué)科,它主要研究物質(zhì)流動(dòng)和形變。尤其在膠粘劑、油墨、日化等行業(yè),流變學(xué)都得到相當(dāng)?shù)闹匾。?a href="http://www.ruiyunsheng.cn/news/355/news_info4631.html" target="_blank">涂料行業(yè),因?yàn)榱髯冃詫⒅苯芋w現(xiàn)涂料的施工性以及貯存穩(wěn)定性,所以目前也得到越來(lái)越多的關(guān)注。在國(guó)外,涂料的流變性已作為一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo),國(guó)內(nèi)目前仍處于初始的階段。在此,我們將對(duì)涂料流變學(xué)的概念做一介紹,以便我們了解流變學(xué)在涂料中的重要作用。
流變學(xué)是研究物質(zhì)流動(dòng)和形變的一門(mén)學(xué)科,涂料的流動(dòng)性能在涂料生產(chǎn)與應(yīng)用的每個(gè)階段都至關(guān)重要,各種液態(tài)物料的泵送、分散以及最后的應(yīng)用與成膜都與流變學(xué)有一定關(guān)系。流變學(xué)在直觀上就是物料的一種粘度的表現(xiàn)形式。主觀上,人們可用諸如:稠的、粘的、膠粘的、流動(dòng)緩慢的或稠厚性的等字眼來(lái)描述一種粘性液體。反之,人們也可用稀、水似的、流動(dòng)很快或不稠等字眼來(lái)描述一種易流動(dòng)的液體。用上述這類(lèi)形象化的字眼,粗略地表征液體的流動(dòng)性是容易的,但這不過(guò)是一種定性的描述罷了。然而,對(duì)技術(shù)工作者而言,必須更深入地研究涂料流動(dòng),要通過(guò)定量的方式來(lái)研究。但是,流動(dòng)現(xiàn)象相當(dāng)?shù)膹?fù)雜,如果對(duì)每種流動(dòng)方式都要進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)分析,難度將會(huì)相當(dāng)?shù)么。所以,我們常采用?jiǎn)化和合理近似的方法來(lái)研究涂料的流變問(wèn)題,從而導(dǎo)出簡(jiǎn)單有用的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用這些數(shù)學(xué)模型,技術(shù)人員就能控制和預(yù)測(cè)涂料的流動(dòng)性。
下面我們將對(duì)流變學(xué)中的一些專(zhuān)業(yè)名詞進(jìn)行解釋?zhuān)员阄覀兡芨玫媒榻B涂料流變學(xué)。
1 粘度
首先,我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)模型,如圖1 所示,讓液體封閉在兩塊平行薄板之間。其中,一塊薄板是可以移動(dòng)的,另一塊則保持靜止?fàn)顟B(tài)。這兩塊板的間距為y。令一個(gè)力F 沿切向作用于可動(dòng)的頂板(面積為A)上。于是,頂板相對(duì)于靜止的底板以速度v橫向滑動(dòng)。當(dāng)以這種方式滑動(dòng)時(shí),兩板之間的許多液層也發(fā)生橫向位移,如圖1 箭頭方向所示。頂部液層的位移速度最高,而底部液層的位移速度最低(為零),中間層的位移速度則介于二者之間。這里要特別指出的是,對(duì)液體的任何部分來(lái)說(shuō),速度梯度dv/dy是個(gè)常數(shù)。這個(gè)速度梯度稱(chēng)為剪切速率,我們可用D(或Gp)表示,其量綱為s-1。
圖1 流變學(xué)模型
作用在頂板面積A 上的力為F。于是,頂板單位面積上的作用力為F/A。每單位面積上的這個(gè)力稱(chēng)作剪切應(yīng)力,我們用τ 表示,可以推算出其量綱為Pa。在定義了剪切速率和剪切應(yīng)力后,我們就能定義粘度了。粘度為剪切應(yīng)力與剪切速率之比(τ/D),我們用η 表示,可以推算出其量綱為Pa·s。以上,我們介紹了流變學(xué)中的3 個(gè)最重要的概念,而它們的推導(dǎo)公式,也是研究流動(dòng)科學(xué)的基礎(chǔ)。
2 液體的流動(dòng)特性
溫度、剪切應(yīng)力、剪切速率,甚至?xí)r間的變化都可能會(huì)改變粘度值。我們把在任一給定溫度下,在很寬的剪切速率范圍內(nèi),其粘度保持恒定的液體稱(chēng)為牛頓型液體,反之則稱(chēng)為非牛頓型液體。牛頓型液體的流動(dòng)特性就叫牛頓型流動(dòng),反之則稱(chēng)為非牛頓型流動(dòng)。在涂料行業(yè)中大多數(shù)都是非牛頓型液體,除了溶劑和某些樹(shù)脂溶液。
非牛頓型液體根據(jù)其流動(dòng)特性又可以分為假塑性與膨脹性。
假塑性:粘度隨著剪切應(yīng)力的加大而下降(即剪切變稀現(xiàn)象)。
膨脹性:粘度隨著剪切應(yīng)力的加大而上升(即剪切變稠現(xiàn)象)。
大多數(shù)成品涂料都是假塑性體系;膨脹性涂料相當(dāng)少見(jiàn)。然而,研磨的色漿則近似膨脹性體系。
3 屈服值
屈服值是為使涂料流動(dòng)所必須達(dá)到的某個(gè)最小剪切應(yīng)力值。低于這個(gè)屈服值,涂料如同彈性固體一樣,只能變形而不能流動(dòng),剪切應(yīng)力一旦超過(guò)這個(gè)屈服值,涂料便開(kāi)始流動(dòng)。