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油墨和流变学(二)
集萃印花网  2009-11-18

    【集萃网观察】(二)流变图及其定义

    为了研究流体的性质,人们常常以不同的剪切应力作用在流体上,并把它相应的剪切速度以数字的形式表达出来,然后点(画)在以剪切应力和剪切速率为(横、纵)轴的直角坐标系中。再把各点连起来,形成一根连续的图线。这种图线可以用来表示流体的特性,我们把它叫作流动曲线或流变曲线,这种表示流体特性的图象则可叫作流变图。

    流体一般分两大类,即牛顿流体和非牛顿流体。在非牛顿流体中又分塑性流体,假塑性流体和膨胀性流体。

    1、牛顿流体(牛顿流动,简单流动)。

    所谓牛顿流体,一般是指流体在任何既定温度条件下,在较低或中等剪切速率下,其粘度η为常数的流体,又称真液体。即所谓牛顿流动性液体。   

    这种流体只要以任何最小的力作用之,它就可引起流动。

    牛顿流体的流变曲线是剪切速率与剪切应力的大小成正比关系的通过原点的一根直线。也就是说给力它就流动,作用在流体上的力越大,则流体流动的速度也越大,它们是正比关系。线的斜率则与流体的粘度有关。

    属于这类流体的物质有水、溶剂、矿油、低粘度的连结料和一些粘度比较小的液体(溶剂型)油墨等。

    粘度在0~100泊的物质一般均可算为牛顿流体。

    2、非牛顿流体。

    在“粘度的定义”中,提到了粘度系数η,这一般是指牛顿流体的粘度系数。在讨论流变图时,为了使概念更明确,我们把η叫作表观粘度(Apparent Viscosity)。

    表现粘度就是指在给定的剪切速率时,总的剪切应力与总的剪切速率之比。它表示一种牛顿流体的粘度在选定的剪切应力或剪切速率下显示出的对流动的同样阻抗。它的对数剪切应力与对数剪切速率是成正比的。其对数表观粘度亦与对数剪切应力或剪切速率成正比。   

    简单地说,由于在非牛顿流体中粘度系数η不再是一个常数,而是随剪切速率(或剪切应力)而变化,因之,只能取流动曲线上某一点的t与γ之比值。这个流动曲线上某一点的t与γ之比值η即谓之表观粘度。

    (1).塑性流体。当一种流体受到外力作用后并不立即开始流动,而当作用力大到一定程度(临界值)时才开始流动,这样的流体就叫塑性流体。它的流动形式就叫塑性流动。

    假设在流体的流动发生前所需的最小剪切应力为t。,而总的剪切应力为t。则t-t。后的剪切应力,就是产生和保持流体流动的力了。

    在塑性流动中,剪切应力与剪切速率的关系在塑性破坏后是线性的,图中的线也是根直线,它交于剪切应力轴上的屈服值(即开始流动所需的最小剪切应力-使流体开始流动所需的最小剪切应力叫屈服值)点处,直线的斜率与塑性粘度有关。

    在克服屈服值t。以后才能流动的流体是塑性流体的特性。

    典型的塑性流体的流变曲线,可以认为是由两部分组成的:(a)当剪切应力大到克服屈服值以后的一段钱为不通过原点的曲线(即塞流区部分);(b)当剪切应力继续增加,大到一定程度后,则其线段为一直线或接近直线(即塞流区以上部分)。

    表现有塑性流动的流体也叫平亨(Bingham)流体。

    绝大部分的油墨和油漆都是塑性流动的典型例子。

    (2).假塑性流体。如果一种流体在给力后可发生流动,但剪切应力与剪切速率不成正比,一般是剪切速率增加的比例比剪切应力多,线段是凸向剪切应力轴的光滑曲线,这种流体叫假塑性流体-或叫剪切变稀流体。

    假塑流是杂型流的分类,它与在中等至较高剪切速率时的塑性流体的情况相似,与在低剪切速率付的牛顿流体的情况相似。

    一般地说,这种流体在受到搅动或剪切时,能很好地流动,但流体结构一经破坏就不会再恢复,也就是说这种现象是不可逆的。

    蒸煮过的淀粉糊,纤维类溶液,乳液以及其它许多高聚物的溶液,都属于这类流体。

    有不少油墨也具有假塑性流体的特性。

    (3).膨胀性流体。如果一种流体在受到剪切时会增加它的流动阻力,即剪切应力增加时表观粘度上升,一般是剪切速率增加的比例比剪切应力少,线段是凹向剪切应力轴的光滑曲线,这种流体叫膨胀性流体-或叫剪切变稠流体。

    膨胀性流体可看作是假塑性流体的相反情况。

    膨胀性流体必须满足两个条件:(a)分散相的浓度必须大;(b)分散相中的颗粒必须是分散的,而不是絮凝的。

    当流体中的颗粒不能很快地移动开而趋向“堆聚”在一起,从而形成坚硬的结构,此时就发生胀流现象。

    这种胀流现象,在家庭中揉面团时经常可以观察到:即揉揉它就变得硬一些,放一放又变软了。高含量的悬浮固体解絮疑颗粒分散体,如45—50%的未经蒸煮的淀粉浆等属于这个范畴。

    可以设想,当油墨中的固体组分(颜料、填料等)含量很高时就易于发生胀流现象。这种性质对胶、铅印油墨来说是不利的,因为这两种印刷法的印刷速度都比较快,极易受到很高的剪切,而胀流就不能使油墨良好地分配。

    一些基墨(以颜料及部分连结料制造的比较稠厚的油墨半成品)和稠厚的雕刻凹版油墨有时像膨胀性流体,胀流对雕刻凹版油墨的擦版性能可能是有利的。金属油墨也有此种现象。

    来源: 卓创资讯化工网  

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