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浓分散体系黏度与固相浓度的相互关系

时间:2013-09-17 21:25来源:未知 作者:admin 点击:
浓分散体系的相对黏度r与固相浓度Ф2的方程式很多,归纳起来有两类。①方程式中不出现与切变速率有关的参数,由于在低固相浓度,且粒子间的吸引力小的场合,悬浮液呈牛顿性,故

 浓分散体系的相对黏度ηr与固相浓度Ф2的方程式很多,归纳起来有两类。①方程式中不出现与切变速率有关的参数,由于在低固相浓度,且粒子间的吸引力小的场合,悬浮液呈牛顿性,故相对黏度与固相浓度有关,与切变速率无关;显然,将零切黏度或低切变速率有关的参数。②方程式考虑相对黏度与切变速率的管子,即考虑其非牛顿性。

建立这些方程式的方法有两种:一是从微观角度,即浓分散体系各组分的性质以及他们之间的相互作用通过理论分析建立起来的方程。由于浓分散体系的复杂性,至今尚难得到可在大范围内应用的方程。二是从浓分散体系的宏观流动行为出发,提出包括几个参数的流变模型,再由试验来确定这些参数。这种方程虽属经验型的,但比前者更具实用性。

若粒子间没有吸引力,并且固相浓度低时,固液间流体力学相互作用占主导地位。如果连续相是牛顿性的,则浓分散体系也是牛顿性的,黏度随固相浓度线性增加。但在中等固相浓度时,黏度与固相浓度的关系就变成非线性的。当固相浓度进一步从中等浓度变到高浓度时,黏度增加迅速,浓分散体系呈现非牛顿性。当粒子间有吸引力时,且连续相是非牛顿性的,情况就更复杂了。本节主要讨论刚性填料浓分散体系的牛顿性,由于环氧树脂添加体系都是在低剪切速率下进行的,所以这里不讨论剪切速率的依赖性问题。 

Einstein首先推算了填料对牛顿流体黏度的影响,η为混合物的黏度;η1为流体的黏度;ηr为相对黏度;Ф2为填料的体积分数;KE为Einstein方程仅适用于固相浓度很低的情况,但它却十分简单。

对于中等固相浓度以下的球状颗粒浓分散体系的黏度,最为令人满意的也是最常用的方程式Mooney方程Фm为最大堆砌体积分数,即使得流体不在流动时的Ф2的值。当Ф2=Фm时便形成了一种具有屈服点的刚性糊。显然Фm是粒子形状的函数,对于等径球体系,Фm的上限是0.74,这相当于最紧密堆砌的情况。粒径不均一时,Фm值便会增大,因为小粒子可以进入大粒子堆砌所形成的空隙中。当粒径具有无穷多分散粒径分布时,则Фm=1。对于棒状体系,当棒状颗粒长径比增加时,Фm减少。

特别强调指出,Фm反映了粒子的聚集状态。它直接反映了粒子所带电荷以及粒子的表面化学行为,而这两者都影响粒子的聚集状态,以及聚集体的微结构和抗破坏能力。聚集体的微结构可呈链状的,也可呈球状的。对于后者,聚集体内可带有许多不能运动的液体,即所谓沉淀液,使体系粘度增大。即使Фm是常数,由于Ф2/Фm增大,也会使相对黏度ηr增大。

方程不仅对低黏度、高浓度、单分散、双分散以及其他粒径分布的体系均适用,也适用于固体粒子分散于有交联的和无定形的黏弹性材料中所形成的浓分散体系。

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