膠體的流變性質(zhì)

關(guān)于膠體的流變性質(zhì)第1頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六流變性質(zhì)，是指物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)的性質(zhì)。流體分子間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，有內(nèi)磨擦力存在。確定流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)磨擦力大小的物理性質(zhì)稱為粘性，衡量流體粘性大小的量稱為粘度。Fdx

平板間的流體剪應(yīng)力與速度梯度一、粘度的定義第2頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六流體在x方向的速度梯度dv/dx稱為切變速度，也稱切速，用D表示切應(yīng)力與切速成正比此為牛頓公式，式中比例常數(shù)η稱為流體的粘度，單位是Pa/sF:推動(dòng)平板的力A：平板面積單位面積上的力稱為切應(yīng)力，用τ表示粘度定義第3頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六符合牛頓公式的流體稱為牛頓流體，非牛頓流體的切應(yīng)力與切速間無(wú)正比關(guān)系，比值不再是常數(shù)，而與切速有關(guān)。我們用ηa表示，稱為表觀粘度。只有在層流條件下牛頓公式才成立。層流的特點(diǎn)是體系的流動(dòng)處于穩(wěn)恒狀態(tài)，體系中任何一點(diǎn)的流速（大小和方向）不隨時(shí)間而改變。當(dāng)流速超過(guò)某一限度時(shí)，層流變?yōu)橥牧?，有不?guī)則的或隨時(shí)間改變的漩渦產(chǎn)生，牛頓公式不適用。第4頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六流體流動(dòng)的類型---層流與湍流（雷諾實(shí)驗(yàn)）1883年,英國(guó)物理學(xué)家OsboneReynolds作了如下實(shí)驗(yàn)。DBAC墨水流線玻璃管雷諾實(shí)驗(yàn)第5頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六雷諾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

兩種穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)：層流、湍流用紅墨水觀察管中水的流動(dòng)狀態(tài)(a)層流(b)過(guò)渡流(c)湍流流動(dòng)狀況可用雷諾數(shù)Re表示。v：流速d：管直徑ρ：流體密度η：流體粘度Re＜2000層流Re＞4000湍流Re無(wú)量綱只有在層流條件下，牛頓公式才成立第6頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六（自修內(nèi)容）粘度的測(cè)量毛細(xì)管粘度計(jì)（單管、三管）轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)溶膠、凝膠轉(zhuǎn)變法制備單分散溶膠第7頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六二、稀膠體溶液的粘度溶膠或懸浮液的粘度高于純?nèi)軇┑恼扯?。通常將η溶?η溶劑稱作相對(duì)粘度，用ηr表示。相對(duì)粘度的大小與膠粒的大小、形狀濃度、膠粒與介質(zhì)的相互作用以及膠粒在流動(dòng)過(guò)程中的定向程度有關(guān)，相當(dāng)復(fù)雜。1、膠粒濃度

Einstein公式：η、η0分別為溶液、溶劑的粘度，Φ為分散相所占的體積分?jǐn)?shù)。第8頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六例：石花菜的0.286%溶液，η/η0=2.4。根據(jù)

Einstein公式：得Φ＝0.56即1ml溶液中，膠體分散相占0.56ml。設(shè)干的石花菜密度為1g/ml，則1ml溶液中石花菜體積有：0.00286ml。形成膠體后體積增大了0.56/0.00286＝196倍。一般認(rèn)為是溶劑化的結(jié)果。第9頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六2、溫度的影響溫度升高，液體粘度降低由于溶液、溶劑粘度同時(shí)降低，溫度對(duì)相對(duì)粘度影響不大3、質(zhì)點(diǎn)形狀的影響不對(duì)稱膠粒體系粘度變大J為剛性棒狀粒子的長(zhǎng)短軸之比膠粒形狀不對(duì)稱會(huì)使流體偏離牛頓公式4、膠粒大小的影響球形：粘度與膠粒大小無(wú)關(guān)非球形：有關(guān)（通過(guò)影響不對(duì)稱性）5、電荷對(duì)粘度的影響膠粒帶電使體系粘度增加稱為電粘滯效應(yīng)r：膠粒半徑k：電導(dǎo)率ε：介電常數(shù)ζ：Zeta電位第10頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六

t

塑性體

牛頓體

漲流體

假塑體

D三、濃分散體系的流變性質(zhì)牛頓體塑性體假塑體漲流體1、牛頓體D－τ關(guān)系為直線，且過(guò)原點(diǎn)。單用粘度就足以表示其流變特性。水、甘油、低粘度油以及低分子化化合物溶液和稀的溶膠。第11頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六2、塑性體流變曲線也是直線，但不過(guò)原點(diǎn)，而是與切力軸交于τy處。τy稱為屈服值。η塑稱為塑性粘度，與屈服值是塑性體兩個(gè)重要的流變參數(shù)。屈服值的塑性體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。靜止流動(dòng)鉆井用泥漿、油漆、牙膏t塑性體Dτy第12頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六觸變流體搖動(dòng)變?yōu)榱黧w，靜置后變?yōu)榘牍腆w屬于塑性體流變曲線有滯后圈tD針狀和片狀膠粒較球形膠粒更容易有觸變性，這是由于它們的邊角和末端間的相互吸引易于搭成架子。流動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)被拆散，但被拆散質(zhì)點(diǎn)要靠布朗運(yùn)動(dòng)使邊角相碰才能重建結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程需要時(shí)間，因此表現(xiàn)出滯后圈。第13頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六3、假塑體tDτy流變曲線通過(guò)原點(diǎn)，無(wú)屈服值表觀粘度隨切力增加而下降K、n為與液體性質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)假塑體形成的原因有二：1、這類體系倘若有結(jié)構(gòu)也必然很弱，故τy幾乎為零，在流動(dòng)中結(jié)構(gòu)不易恢復(fù)，故表觀粘度隨切力增加而減小。2、這類體系也可能無(wú)結(jié)構(gòu)，ηa的減小是不對(duì)稱質(zhì)點(diǎn)在速度梯度場(chǎng)中定向的結(jié)果。大多數(shù)高分子溶液和乳狀液，低切速下的血液假塑體第14頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)15分，星期六4、脹流體tDτy漲流體流變曲線通過(guò)原點(diǎn)，無(wú)屈服值表觀粘度隨切力增加而上升K、n為與液體性質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)脹流體通常需要滿足兩個(gè)條件：1、分散相濃度需相當(dāng)大，且應(yīng)在一窄小的范圍內(nèi)2、顆粒必須分散而不聚集靜止攪動(dòng)面團(tuán)第15頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日