假塑性

假塑性是指流體的粘度隨剪應變率的增加而減小。擁有此種性質的流體屬於非牛頓流體，其剪應力與剪應變率之間的關係可通過冪律函式來表示。

基本介紹

  • 中文名：假塑性
  • 外文名：power-law fluid
  • 含義：非牛頓流體
  • 屬於：流體力學
假塑性,參考文獻,

假塑性

（pseudoplastic）

　　
冪律流體（英語：power-law fluid）是一類非牛頓流體，其剪應力τ可表示為

假塑性
其中，
  • K為稠度指數（flow consistency index）
  • 為剪下速率（shear rate）
  • n為流動特性指數（flow behaviour index）
假塑性
表觀粘度（apparent viscosity）或有效粘度（effective viscosity）則可表示為：
上述關係式又被稱為奧斯特瓦爾德－德沃爾冪律關係（Ostwald–de Waele power law）。
不同類型液體的㏒τ～㏒關係不同類型液體的㏒τ～㏒關係
冪律流體可以根據流動特性指數n取值的不同而分為三類：
n=1：牛頓流體 1-牛頓液體,斜率n=1
  • n>1：脹流性流體（剪下增稠流體）
    1-牛頓液體,斜率n=1;
    2-膨脹性液體(服從指數定律),n>1;
    3-假塑性液體(服從指數定律),n<1;
    4-假塑性液體(不服從指數定律),n<1.
  • 冪律方程是一種較能反應粘性液體流變性質的經驗性數學關係式，它在有限的範圍內（剪下速率在一個數量級範圍內）有相當好的準確性，並且具有形式簡單,使用方便的特點,目前套用最廣。對一定的成型加工過程來說，剪下速率總不可能很寬，因此，指數定律在分析液體流變行為、加工能量的計算以及加工設備或模具的設計等方面都比較成功。但是,這個方程有明顯的 缺陷,它不能預計低剪下速率和高剪下速率下的恆定粘度,而這恰恰是所有假塑性流體的 物理特徵。因此,冪律方程只適用於在中等剪下速率範圍內描述假塑性流體的流變特性。
非牛頓（式）流體
是一種流體力學中的概念，與牛頓流體相對（如瀝青，熔融狀態的塑膠，聚合物溶液，懸浮液（比如血液））。作用於液體微元上的摩擦應力除與當前的運動狀態外還與液體過去的運動狀態有關，也就是說，此種液體有記憶效應。
假塑性
四種類型流體
牛頓流體、剪下增稠流體、假塑性流體、賓漢流體其剪應力與剪應變率之間的關係如上圖所示。
非牛頓流體可以分為純粘性與粘彈性兩類：
  • 純粘性非牛頓流體
  • 非時變性：如剪下增稠流體（脹流性）、剪下稀化流體（假塑性）
  • 時變性：如震凝性流體、觸變性流體，即時間依賴性，時間依賴性液體是與假塑性或膨脹型液體有相似性質的另一類聚合物液體，這種液體在流動時的應變和粘度不僅與剪應力或剪下速率的大小有關，而且還與應力作用的時間有關。此外應力在某些時間依賴性液體中引起的應變還表現出滯後效應，說明時間依賴性液體的應變與剪下歷史有關，液體表現出粘彈性。定溫下表觀粘度隨剪下持續時間而降低的液體稱為觸變性液體；相反，表觀粘度剪下持續時間而增大的液體為震凝性液體。
粘彈性非牛頓流體：這是一類在粘性流動中彈性行為已不能忽視的液體，例如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚苯乙烯熔體等。液體中彈性行為是流動過程中聚合物大分子構象改變（蜷曲變為伸展）所引起，大分子伸展貯存了彈性能大分子恢復原來蜷曲構象的過程就引起高彈形變並釋放彈性能。流動液體中彈性形變與聚合物的分子量，外力作用的速度或時間以及熔體的溫度等有關。一般，隨分子量增大，外力作用時間縮短（或作用速度加快）以及當熔體的溫度稍高於材料的熔點時，彈性現象表現特別顯著。聚合物擠出過程中的出口膨脹就是一種典型的彈性效應。

參考文獻

  1. ^ e.g. G. W. Scott Blair et al., J. Phys. Chem., (1939) 43 (7) 853–864. Also the de Waele-Ostwald law, e.g Markus Reiner et al., Kolloid Zeitschrift(1933) 65 (1) 44-62
  2. ^ Ostwald called it the de Waele-Ostwald equation: Kolloid Zeitschrift (1929) 47 (2) 176-187

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