Rheology流变学基础资料课件.ppt
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1、寇顷哲一卧兢络羊亥骗颓评满现杰虑禁早室牧郊狸廓惕元帖完铸补近鸭窄Rheology流变学基础Rheology流变学基础流变学基础流变学基础锄滔穴锋哦鲜瓣月海煞孕视傍饲吩氓竞烫看责札裂紫坠近填赦钢话闽筷琵Rheology流变学基础Rheology流变学基础第一节第一节 概概 述述一流变学的基本概念一流变学的基本概念 流流变变学学来来源源于于希希腊腊,由由BinghamBingham和和CrawfordCrawford为为了了表表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。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。流变学主要是研究物质的变形和流动的一门科
2、学。变形:变形:对某一物体外加压力,其内部的各部分的形状和对某一物体外加压力,其内部的各部分的形状和体积发生的变化。主要与固体的性质相关。体积发生的变化。主要与固体的性质相关。对固体施加外力,则固体内部存在一种与外力相对抗的对固体施加外力,则固体内部存在一种与外力相对抗的内力使固体恢复原状。此时在单位面积上存在的内力称为内力使固体恢复原状。此时在单位面积上存在的内力称为应力(应力(StressStress)。)。讲修瘪撇位钝酬颗书匆殷哭烧父承周玻尉段亦伐察延哎契稼恐资邪疤示彻Rheology流变学基础Rheology流变学基础 由外部应力而产生的固体的变形,如除去其应力,则固由外部应力而产生的
3、固体的变形,如除去其应力,则固体恢复原状,这种性质称为体恢复原状,这种性质称为弹性(弹性(ElasticityElasticity)。把这种可逆性变形称为把这种可逆性变形称为弹性变形(弹性变形(elastic deformati-elastic deformati-onon),),而非而非可逆性变形称为可逆性变形称为塑性变形(塑性变形(plastic deformat-plastic deformat-ionion)。)。流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本身具有的性质有关,把这种现象称为身具有的性质有关,把这种现象称为粘性(粘性(V
4、iscosityViscosity)。)。流动也视为一种非可逆性变形过程。流动也视为一种非可逆性变形过程。实际上,某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性实际上,某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性(粘弹性)。这种性质称为(粘弹性)。这种性质称为流变学性质流变学性质,对这种现象进行,对这种现象进行定量解析的学问称为定量解析的学问称为流变学流变学。揭痞唉拱允卷凶蝎瓢瞬妨刮步摹闷膀朱录助毕睡帖腐实锦韵撒除花走贫讼Rheology流变学基础Rheology流变学基础 切变应力与切变速率切变应力与切变速率 在流速不太快时,可将流动着的液体视为互相平行移动在流速不太快时,可将流动着的液体视为互相平行
5、移动的液层叫的液层叫层流(层流(如下图),由于各层的速度不同,便形成如下图),由于各层的速度不同,便形成速度梯度速度梯度du/dydu/dy,这是流动的基本特征。,这是流动的基本特征。u uy y表征体系流变性质的两个基本参数:表征体系流变性质的两个基本参数:1.1.在单位液层面积(在单位液层面积(A A)上施加的)上施加的使各液层间产生相对运动的外力称使各液层间产生相对运动的外力称为为剪切应力剪切应力,简称,简称剪切力剪切力(sheari sheari g forceg force),单位为单位为N/m2N/m2,以,以S S表示。表示。2.2.剪切速度剪切速度(rate of shearr
6、ate of shear),),单位为单位为S S-1-1,以,以D D表示。表示。老摇匆地闯模苫乎杉守靡攻臀棒挚账麓配贿错慰旧骏劲歇补譬棒喉很墓呻Rheology流变学基础Rheology流变学基础第二节第二节 流变性质流变性质一牛顿流动一牛顿流动牛牛顿顿粘粘度度定定律律:纯纯液液体体和和多多数数低低分分子子溶溶液液在在层层流流条条件件下下的的剪剪切切应应力力(S S)与与剪剪切切速速度度(D D)成成正正比比。遵遵循循该该法法则则的的液体为牛顿流体。液体为牛顿流体。式中,式中,粘度或粘度系数,是表示流体粘性的物理粘度或粘度系数,是表示流体粘性的物理常数。单位为泊,常数。单位为泊,1P=0.
7、1NS m1P=0.1NS m-2-2,SISI单位中粘度用单位中粘度用PaSPaS或或 Kg/(ms)Kg/(ms)表示。表示。粘度系数除以密度粘度系数除以密度得的值得的值(=/=/)为)为动力粘度动力粘度(SISI单位为单位为/S/S)。)。评米删烦填颈劝绰寓检骤荐辟毒瞬睹寐恩警叙拷新缆症搀法嘘挽爸扭遏囊Rheology流变学基础Rheology流变学基础 下表中表示制剂研究中常用的各种液体在下表中表示制剂研究中常用的各种液体在2020条件条件下的粘度。下的粘度。漱使按卒柑肋整冕森侯皑配让噪乳诵屑饲蒜梆尤衣鲸谣柴浚舍呢蔓瘦疾凳Rheology流变学基础Rheology流变学基础 根根据据公
8、公式式得得知知牛牛顿顿液液体体的的切切变变速速度度D D与与切切变变应应力力S S之间如下图所示,呈直线关系且直线经过原点。之间如下图所示,呈直线关系且直线经过原点。(a)(a)牛顿流动牛顿流动 霄肄花柞辞肇覆接酿惕巨椰惟皱蹦赔蝗撬复牺沂缘硒抗全邓履箔辩硬春早Rheology流变学基础Rheology流变学基础二非牛顿流动二非牛顿流动u 实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律,如高分子溶实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律,如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固-液的不均匀液的不均匀体系的流动。把这种体系的流动。把这种不遵循牛顿粘度定律的不遵循牛顿粘度
9、定律的物质称为物质称为非牛非牛顿流体顿流体,这种物质的流动现象称为,这种物质的流动现象称为非牛顿流动非牛顿流动。u 非牛顿流体的剪非牛顿流体的剪切速度切速度D D和剪切应力和剪切应力S S的变化规律,经的变化规律,经作图后可得作图后可得四种曲线的类型:四种曲线的类型:塑性流动、假塑性流动、胀塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动形流动、触变流动。u 对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。对于非牛顿流体可以用旋转粘度计进行测定。叶缄若郊插峪娃撅题带供辊臼捞截邑虐疽少输橡跨铆颗骏氯洱拈着涟抿治Rheology流变学基础Rheology流变学基础(一)塑性流动(一)塑性流动(plastic fl
10、ow)(plastic flow)塑塑性性流流动动的的流流动动曲曲线线:曲曲线线不不经经过过原原点点,在在横横轴轴S S轴轴上上的的某处有交点,得屈伏值(某处有交点,得屈伏值(yield valueyield value)或降伏值。)或降伏值。当当切切变变应应力力增增加加至至屈屈伏伏值值时时,液液体体开开始始流流动动,切切变变速速度度D D和和切切变变应应力力S S呈呈直直线线关关系系。液液体体的的这这种种性性质质称称为为塑塑性性流流动动。引起液体流动的最低剪切应力为引起液体流动的最低剪切应力为屈伏值屈伏值S S0 0:塑性粘度(塑性粘度(plastic viscosityplastic vi
11、scosity););S S0 0屈伏值、致流值或降屈伏值、致流值或降伏值,单位为伏值,单位为dynedyne-2-2。(b)(b)塑性流动塑性流动医雷硷斧逼蹬涛赖菠郴此劣勺诺段棍吁颖挽秤崖胯熏残壮词相酒因珍箭照Rheology流变学基础Rheology流变学基础塑性流体的结构变化示意图塑性流体的结构变化示意图n塑性流动的特点:不过原点;有屈伏值塑性流动的特点:不过原点;有屈伏值S0S0;当切应力;当切应力S S0S S0S S0时,切变速度时,切变速度D D和切应力呈和切应力呈直线关系。直线关系。n在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较在制剂中表现为塑性流动的剂型有浓度较高的乳剂和混悬剂。高的
12、乳剂和混悬剂。顽虫程芝错谨伯盼智驳朽擂杯兜挞连绿戏练肤班田炯漠娶铸叹锭缴塌绘僵Rheology流变学基础Rheology流变学基础(二)假塑性流动(二)假塑性流动(pseudoplastic flowpseudoplastic flow)随着随着S S值的增大粘度下降的流动现象称为值的增大粘度下降的流动现象称为假塑性流动假塑性流动。式中,式中,a a 表观粘度(表观粘度(apparent viscosityapparent viscosity)。)。假塑性流动的特点:假塑性流动的特点:没屈伏值;过原点;切应速度增大,没屈伏值;过原点;切应速度增大,形成向下弯的上升曲线,粘度下降,液体变稀。形成
13、向下弯的上升曲线,粘度下降,液体变稀。在在制制剂剂中中表表现现为为假假塑塑性性流流动动的的剂剂型型有有某某些些亲亲水水性性高高分分子子溶溶液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。液及微粒分散体系处于絮凝状态的液体。(c c)假塑性流动)假塑性流动 兜妙欠霉衷凌赤艘牛果快档畔简颐柜理熔煞早甜梅官疾肚坊锡妨郴华哲控Rheology流变学基础Rheology流变学基础(三)胀性流动(三)胀性流动(dilatant flowdilatant flow)胀性流动曲线曲线经过原点,且随着切变应力的增大其粘胀性流动曲线曲线经过原点,且随着切变应力的增大其粘性也随之增大,表现为向上突起的曲线称为性也随之增大,表现
14、为向上突起的曲线称为胀性流动曲线胀性流动曲线(dilatant flow curvedilatant flow curve)。)。(d d)胀性流动)胀性流动 胀性液体的流动公式:胀性液体的流动公式:D=Sn/D=Sn/a a n1n1,为胀性流体;,为胀性流体;当当n n接近接近1 1时,流动接近牛顿流动。时,流动接近牛顿流动。镜沦窘蹭副府兆荤娶肉蔡拉笺轧品呛杰炉婿尉址卧储磋跌胶递滨欣歼捆饵Rheology流变学基础Rheology流变学基础胀性流体的结构变化示意图胀性流体的结构变化示意图 胀性流动的特点:胀性流动的特点:没屈伏值;过原点;切应速度很小时,没屈伏值;过原点;切应速度很小时,液
15、体流动速度较大,当切应速度逐渐增加时,液体流动速度液体流动速度较大,当切应速度逐渐增加时,液体流动速度逐渐减小,液体对流动的阻力增加,表观粘度增加,流动曲逐渐减小,液体对流动的阻力增加,表观粘度增加,流动曲线向上弯曲。线向上弯曲。在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固体微粒的高在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固体微粒的高浓度混悬剂如浓度混悬剂如50%50%淀粉混悬剂、糊剂等。淀粉混悬剂、糊剂等。区暇串珍辜晚笋凹黔役钥碘戎轿全增畴植胳省鬃别缘跟饥埠冈补溪淘兴喘Rheology流变学基础Rheology流变学基础(四)触变流动(四)触变流动(thixotropic flow)(thixot
16、ropic flow)当对普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂进行搅拌时,当对普鲁卡因、青霉素注射液或某种软膏剂进行搅拌时,由于其粘度下降,故流体易于流动。但是,放置一段时间由于其粘度下降,故流体易于流动。但是,放置一段时间以后,又恢复原来的粘性。象这种随着切变应力的下降,以后,又恢复原来的粘性。象这种随着切变应力的下降,其粘度下降的物质,即在等温条件下缓慢地恢复到原来状其粘度下降的物质,即在等温条件下缓慢地恢复到原来状态的现象称为态的现象称为触变性(触变性(thixlotropythixlotropy)。)。(e e)触变流动)触变流动 甲竟波蛹赐挂荐左冬怂儿瓷晒帕枕穴迈暂功穿啮坊娃北幻造狰烂
17、螟身旁郊Rheology流变学基础Rheology流变学基础产生触变的原因:产生触变的原因:对流体施加切应力后,破坏了液体内部对流体施加切应力后,破坏了液体内部的网状结构,当切应力减小时,液体又重新恢复原有结构,的网状结构,当切应力减小时,液体又重新恢复原有结构,恢复过程所需时间较长,因而上行线和下行线就不重合。恢复过程所需时间较长,因而上行线和下行线就不重合。触变流动的特点:触变流动的特点:等温的溶胶和凝胶的可逆转换。等温的溶胶和凝胶的可逆转换。塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性,它塑性流体、假塑性流体、胀性流体中多数具有触变性,它们分别称为触变性塑性液体、触变性假塑性液体、触变
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