[科普中國]-流變特性

流變特性1是物體在外力作用下發(fā)生的應(yīng)變與其應(yīng)力之間的定量關(guān)系。這種應(yīng)變（流動或變形）與物體的性質(zhì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，也與物體內(nèi)部質(zhì)點之間相對運動狀態(tài)有關(guān)。如膠體體系的流變特性不僅是單個粒子性質(zhì)的反映，而且也是粒子與粒子之間，以及粒子與溶劑之間相互作用的結(jié)果。因此不同的物質(zhì)具有不同的流變特性。

流變模型與流變特性在流變學(xué)研究中，是用某些理想元件組成的模型來模擬某些真實物體的流變特性，并導(dǎo)出其流變方程。

流變模型常用3個基本元件來表示1

(1)一個具有完全彈性的彈簧，表示理想彈性固體，其應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系服從胡克定律，此主件為胡克固體模型。

(2)一個帶孔的活塞在充滿粘性液體的粘壺內(nèi)運動，表示理想粘性液體服從牛頓液體定律，此元件為牛頓液體模型(NewtoniunLiquidModel)，流變方程式為：t=ny式中n為粘度系數(shù)，y為速度梯度。

(3)一個靜置在桌面上的重物，重物與桌面間存在摩擦力。當(dāng)作用力P略超過摩擦力f時，重物即以勻速運動。表示理想塑性固體，此元件稱為圣維南體模型(St，VenantBodyModel)。

若將上述元件串聯(lián)或并聯(lián)起來，進行不同的組合，就能模擬出各種物體的流變特性，并導(dǎo)出其流變方程。方程式中的常數(shù)就表述某一物體(或某一材料)的流變特性。如牛頓型流體的粘度不隨外界剪切應(yīng)力而變，是個常數(shù)，剪切應(yīng)力與剪切速度成正 比，流變曲線是直線，并通過原點，即在任意小的外力作用下，液體就可流動。用粘度這一數(shù)值就能表征牛頓流體的特性。

與時間無關(guān)的流動曲線根據(jù)實驗總結(jié)，在固體與液體的混合體系(固體粒子分散在液體中的體系)中，與時間無關(guān)的流動曲線有如下6種1：

1-牛頓流動。t-y關(guān)系為通過原點的直線，粘度n恒定；

2-賓漢流動。t-y關(guān)系從t軸的某一點(屈服值)起為直線。屈服后粘度接近恒定；

3-假塑性流動。t-y關(guān)系凸向t軸，粘度n隨剪切速度增大而下降；

4-具有屈服值的假塑性流動。t-y關(guān)系從t軸的某一點(屈服值)起開始向t軸凸出，粘度n隨剪切速度增大而下降；

5-脹性流動。t-y關(guān)系凹向r軸，粘度n隨剪切速度增大而增大；

6-具有屈服值的脹性流動。t=y關(guān)系從t軸的某一點(屈服值)起凹向t軸，在屈服后粘度下降，隨后又隨剪切速度增大而緩慢上升。

除上述與時間無關(guān)的流動特性外，還有一類與時間有關(guān)的流動特性。一般是在一定剪切速度下，測定應(yīng)力隨時間的變化。

相關(guān)背景總而言之，真實物體(或材料)在外力作用下都將發(fā)生形變(或流動)，按其性質(zhì)不同，形變可分為彈性變形、粘性流動和塑性流動1。

然而，在許多情況下，也有既具有粘性又具有彈性的粘彈性物體的異常流動特性，諸如含某些固體物質(zhì)的懸浮液，高分子聚合物、橡膠、涂料、粘土泥漿等。

澆注耐火材料就是一類具有異常流變特性的典型材料。它是由粗顆粒料、細粉、超細粉、水泥和分散劑組成的。從加水拌合開始，水泥開始發(fā)生水化反應(yīng)，隨著水化反應(yīng)的不斷進行，體系的流變特性也不斷發(fā)生變化，從開始時以粘塑性為主逐漸向粘一彈性變化。其流變特性與澆注料中的基質(zhì)材質(zhì)、固/液比例(即灰/水比)、固體粒子形態(tài)、固體粒子表面所帶的電性有關(guān)。因此，掌握流變學(xué)的基本理論，研究不同材料的流變特性，就可為調(diào)整材料的配比，控制材料的制備工藝提供依據(jù)，從而改善材料的施工性能，提高其理化性能和應(yīng)用效果。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)