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濃分散體系黏度與固相濃度的相互關系

時間:2013-09-17 21:25來源:未知 作者:admin 點擊:
濃分散體系的相對黏度r與固相濃度Ф2的方程式很多,歸納起來有兩類。①方程式中不出現與切變速率有關的參數,由于在低固相濃度,且粒子間的吸引力小的場合,懸浮液呈牛頓性,故

 濃分散體系的相對黏度ηr與固相濃度Ф2的方程式很多,歸納起來有兩類。①方程式中不出現與切變速率有關的參數,由于在低固相濃度,且粒子間的吸引力小的場合,懸浮液呈牛頓性,故相對黏度與固相濃度有關,與切變速率無關;顯然,將零切黏度或低切變速率有關的參數。②方程式考慮相對黏度與切變速率的管子,即考慮其非牛頓性。

建立這些方程式的方法有兩種:一是從微觀角度,即濃分散體系各組分的性質以及他們之間的相互作用通過理論分析建立起來的方程。由于濃分散體系的復雜性,至今尚難得到可在大范圍內應用的方程。二是從濃分散體系的宏觀流動行為出發,提出包括幾個參數的流變模型,再由試驗來確定這些參數。這種方程雖屬經驗型的,但比前者更具實用性。

若粒子間沒有吸引力,并且固相濃度低時,固液間流體力學相互作用占主導地位。如果連續相是牛頓性的,則濃分散體系也是牛頓性的,黏度隨固相濃度線性增加。但在中等固相濃度時,黏度與固相濃度的關系就變成非線性的。當固相濃度進一步從中等濃度變到高濃度時,黏度增加迅速,濃分散體系呈現非牛頓性。當粒子間有吸引力時,且連續相是非牛頓性的,情況就更復雜了。本節主要討論剛性填料濃分散體系的牛頓性,由于環氧樹脂添加體系都是在低剪切速率下進行的,所以這里不討論剪切速率的依賴性問題。 

Einstein首先推算了填料對牛頓流體黏度的影響,η為混合物的黏度;η1為流體的黏度;ηr為相對黏度;Ф2為填料的體積分數;KE為Einstein方程僅適用于固相濃度很低的情況,但它卻十分簡單。

對于中等固相濃度以下的球狀顆粒濃分散體系的黏度,最為令人滿意的也是最常用的方程式Mooney方程Фm為最大堆砌體積分數,即使得流體不在流動時的Ф2的值。當Ф2=Фm時便形成了一種具有屈服點的剛性糊。顯然Фm是粒子形狀的函數,對于等徑球體系,Фm的上限是0.74,這相當于最緊密堆砌的情況。粒徑不均一時,Фm值便會增大,因為小粒子可以進入大粒子堆砌所形成的空隙中。當粒徑具有無窮多分散粒徑分布時,則Фm=1。對于棒狀體系,當棒狀顆粒長徑比增加時,Фm減少。

特別強調指出,Фm反映了粒子的聚集狀態。它直接反映了粒子所帶電荷以及粒子的表面化學行為,而這兩者都影響粒子的聚集狀態,以及聚集體的微結構和抗破壞能力。聚集體的微結構可呈鏈狀的,也可呈球狀的。對于后者,聚集體內可帶有許多不能運動的液體,即所謂沉淀液,使體系粘度增大。即使Фm是常數,由于Ф2/Фm增大,也會使相對黏度ηr增大。

方程不僅對低黏度、高濃度、單分散、雙分散以及其他粒徑分布的體系均適用,也適用于固體粒子分散于有交聯的和無定形的黏彈性材料中所形成的濃分散體系。

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