流变学基础及应用

第六章流变学基础第一节概述一、变形与流动变形：对某一物体施加压力时其内部各部分形状和体积发生变化的过程应力（stress）：对物体施加外力时内部产生对应的力使其保持原状，此时单位面积上存在的力弹性（elasticity）：物体在外力作用下发生形变，外力撤销后恢复原来的状态的性质黏性（viscosity）：物体在外力作用下质点间相对运动产生的阻力二、剪切应力和剪切速率三、黏弹性：黏性与弹性的双重性质，这种物体为黏弹体第二节流体的基本性质一、牛顿流体牛顿公式：流体内部剪切应力与垂直于流体运动方向的速度梯度成正比二、非牛顿流体（一）塑性流体：剪切应力较小时发生弹性形变，超过某一值后发生塑性流动原因：静止时粒子聚集成网状结构，当应力超过屈服值时开始塑性流动（二）假塑性流体：加小的应力就会发生流动，没有屈服值（三）胀性流体：阻力随应力增大而增大条件：1、粒子必须是分散的2、分散相浓度在一个狭小的范围（四）触变性：体系搅拌时为流体，停止搅拌时逐渐变稠甚至胶凝第三节流变性测定法一、黏度的测定（一）黏度的测定方法绝对黏度、相对黏度、动力粘度、特性黏度、增比粘度、比浓黏度（二）影响因素1、温度2、压力3、分散介质4、分散相（三）仪器1、毛细管式黏度计：根据液体在毛细管的流出速度测量液体黏度2、旋转式黏度计：旋转过程中作用于液体的剪切应力大小3、落球式黏度计二、稠度的测定1、插度计：一定温度下150g金属椎体放在待测物表面以插入深度测定稠度2、平行板黏度计：样品夹在板间，施加压力根据扩散速度评价其涂展性第四节流变学在药剂学中的应用一、药物制剂的流变性质（一）稳定性（二）可挤出性（三）涂展性（四）通针性（五）滞留性（六）控释性二、对制备方法的影响（一）乳剂中制备的影响：表面黏性、表面弹性、表面黏弹性（二）软膏剂制备的应用：（三）混悬剂制备中的应用（四）栓剂制备中的应用三、药物制剂流变学对生产工艺的影响（一）工艺放大（二）混合作用四、心理流变学软膏剂的分类：1、较柔软，主要用于眼部2、中等稠度3、用于渗出性糜烂皮炎。

流体的流变学和流变性流体的流变学是研究流体在外力作用下变形和流动行为的科学。

流变性描述了流体在受力时的响应特性，其对于工程学、材料科学、地质学和生物学等领域具有重要意义。

本文将介绍流体的流变学基础知识、流变性的分类与特征，以及流变学在不同领域的应用。

一、流体的流变学基础知识流体的流变学基础知识包括黏度、剪切应力、剪切速率等概念。

黏度是衡量流体内部黏滞阻力大小的物理量，它描述了流体的黏稠程度。

通常用希氏粘度（Pa·s）或毫希氏粘度（mPa·s）来表示。

剪切应力是指单位面积上的切应力，即流体在受力作用下沿垂直于受力方向发生的变形力。

用帕斯卡（Pa）来表示。

剪切速率是指流体内各层之间相对运动的速率，它是剪切应力引起的流体变形速率。

通常用秒的倒数（s-1）来表示。

二、流变性的分类与特征根据流体的流变性质，流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体。

牛顿流体是指其黏度对剪切应力的变化不敏感，黏度保持不变。

一般来说，水、气体等低粘度液体都是牛顿流体。

非牛顿流体则是指其黏度随剪切应力的变化而变化。

非牛顿流体的流变性质较为复杂，主要分为塑性流体、剪切稀化流体和剪切增稠流体等。

塑性流体是指在一定的剪切应力下才会发生塑性变形的流体，如面膜、牙膏等。

剪切稀化流体是指其黏度随剪切应力的增加而减小的流体，如可可粉、淀粉水等。

剪切增稠流体则是指其黏度随剪切应力的增加而增大的流体，如颜料、油漆等。

非牛顿流体常常表现出流变学特征，如屈服应力、流变模量、渗透率等。

这些特征能够帮助我们理解流体在不同应力下的行为，并且对于流体的使用和加工具有重要的指导作用。

三、流变学在不同领域的应用1. 工程学领域：流变学在工程学中的应用十分广泛。

例如，在涂料工业中，对涂料黏度和流动性的研究可以优化工艺流程和涂料性能。

再如在食品工业中，流变学可以帮助研究食品的质地、流动性和纹理，为新产品的开发提供指导。

2. 材料科学领域：流变学对材料的研究和评价也具有重要意义。

阐明流变学的“三大方程”的数学基础高聚物材料的性能测定和加工过程，是流变学的主要研究范围和对象。

为了定量地分析研究高聚物材料的流动和变形过程，必须建立起描述这个过程的数学方程。

这就是流变学的三大基本方程：连续性方程，动量方程和能量方程。

而且这些数学方程必须建立在矢量模型和张量运算的基础上。

高聚物流变学的发展，与现代数学的应用密切相关。

特别是张量分析是高聚物流变学研究中必不可少的工具。

这里涉及到有限的一些张量分析的数学概念，有助于我们建立矢量空间的思维能力，以便更好地理解流变学基本方程，及其一些加工应用方程的推导。

全面学习和研究流变学，必须具有矢量代数，线性代数和张量运算的数学基础。

（1）标量，矢量和张量 没有任何方向性的纯数值的量称为标量。

如质量m ，体积V ，密度ρ，温度T ，热导率λ，热扩散率α，比定压热C P 和能量E 等。

标量的特征是其值不因坐标系变换而变换。

既有方向，又有大小的量称为矢量，如位移，速度和温度梯度等。

矢量用粗体代号或一个脚码代号表达k a j a i a a a z y x i ρρρρ++==这里k j i ρρρ,,是分别平行于x ，y ，z 轴的单位矢量。

三个分量a x ，a y ，a z 的大小，实际上是矢量a i 在x ，y ，z 轴上投影。

对于一个直角坐标系中的矢量a i (a 1,a 2,a 3)，需经坐标变换公式，才能变换到另一直角坐标系a `i (a `1,a `2,a `3)。

张量比矢量更为复杂，是矢量的推广。

在物理学上的定义为：在一点处不同方向上具有各个矢量值得物理量。

流变学应用的是二阶张量，是“面量”。

张量在数学上定义是：在笛卡尔坐标系上一组有32个有序矢量的集合。

指数n 称为张量的阶数，二阶笛卡尔张量3 n =9，n=2。

标量是零阶张量，矢量是一阶张量。

张量不仅可以从一个直角坐标系转换到另一个直角坐标系，还可以按定量关系转换到柱面坐标系（r ,θ, z ）和球面坐标系（r , θ, ϕ）。

流变参数指导书导言：本流变参数指导书旨在提供流变学理论基础及流变参数的解释和使用指南，以帮助读者更好地理解流变学在实际应用中的重要性，并正确选择和解读流变参数。

第一部分：流变学基础知识1. 流变学的定义和意义- 介绍流变学的定义和研究对象，以及在材料研究、工程设计和质量控制等领域中的重要性。

2. 流变学的分类- 介绍流变学的分类方法，包括应力-应变关系、变形速率和温度等因素。

3. 流变变量和流变参数- 解释流变学中常用的流变变量，如应力、应变、剪切应力、剪切应变等，以及这些变量之间的关系。

- 介绍常用的流变参数，如黏度、黏弹性模量、剪切速率等，以及它们在不同应用中的意义和使用方法。

第二部分：流变参数的使用指南1. 流变参数的测定方法- 介绍流变参数的测定方法，包括旋转式和振动式流变仪的使用原理和操作步骤。

- 强调正确测量参数的重要性，以及仪器校准和数据处理的要点。

2. 常见流变参数的解释和应用- 详细解释常见的流变参数，如剪切应力、剪切应变、黏度和流变指数等，并说明它们在实际应用中的意义和用法。

- 提供具体案例分析，以帮助读者更好地理解不同参数的应用场景和解读方法。

3. 流变参数与材料性能之间的关系- 探讨流变参数与材料性能之间的关系，如流动性、强度和可加工性等。

- 强调正确理解和使用流变参数对于优化材料性能和提高生产效率的重要性。

第三部分：流变参数的误解和常见问题1. 流变参数误解的原因和影响- 分析流变参数误解的原因，如测试条件、样品状态和测试方法等因素。

- 阐述流变参数误解的后果，如产品性能不达标和工艺失控等问题。

2. 常见流变参数解读的困惑和解决方法- 整理常见的流变参数解读困惑，如剪切应力和剪切速率之间的关系、黏度和流变指数的解读等问题。

- 提供解决这些困惑的方法和实例，以帮助读者正确解读和应用流变参数。

结论：本流变参数指导书通过介绍流变学基础知识、使用指南和常见问题解答，旨在帮助读者更好地理解流变学的重要性和流变参数的应用方法。

第十四章流变学基础第一节概述一、流变学的基本概念（一）流变学研究内容流变学—Rheology来源于希腊的Rheos=Sream（流动）词语，是Bingham和Crawford 为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。

流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科学。

对某一物体外加压力时，其内部各部分的形状和体积发生变化，即所谓的变形。

对固体施加外力，固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体保持原状。

此时在单位面积上存在的内力称为内应力（stress）。

对于外部应力而产生的固体的变形，当去除其应力时恢复原状的性质称为弹性（elasticity）。

把这种可逆性变形称为弹性变形（elastic deformation）,而非可逆性变形称为塑形变形（plastic deformation）。

流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性（viscosity）有关，因此流动也可视为一种非可逆性变形过程。

实际上，多数物质对外力表现为弹性和粘性双重特性，称为粘弹性物质。

（二）剪切应力与剪切速度观察河道中流水，水流方向一致，但水流速度不同，中心处的水流最快，越靠近河岸的水流越慢。

因此在流速不太快时可以将流动着的液体视为互相平行移动的液层，叫层流，如图14-1。

由于各层的速度不同，便形成速度梯度du/dy，或称剪切速度。

这反映流体流动的特征。

由于流动阻力便产生速度梯度，流动较慢的液层阻滞着流动较快液层的运动。

使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力（shearing force），单位为N·m-2，以S表示。

剪切速度（rate of shear），单位为s-1，以D表示。

剪切应力与剪切速度是表征体系流变性质的两个基本参数。

图14-1 流动时形成的速度梯度二、流变学在药剂学中的应用流变学在药学研究中的重要意义在于可以应用流变学理论对乳剂、混悬剂、半固体制剂等的剂型设计、处方组成以及制备、质量控制等进行评价。