藥劑學(xué) 第十三章 流變學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、第五版教材第五版教材 第十三章第十三章 流變學(xué)根底流變學(xué)根底 第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 一流變學(xué)的根本概念一流變學(xué)的根本概念 一流變學(xué)的研討內(nèi)容一流變學(xué)的研討內(nèi)容 (二切變應(yīng)力與切變速率二切變應(yīng)力與切變速率 二、流變學(xué)在藥劑學(xué)中的運用二、流變學(xué)在藥劑學(xué)中的運用 (一在混懸劑中的運用一在混懸劑中的運用 二在乳劑中的運用二在乳劑中的運用 三在半固體制劑中的運用三在半固體制劑中的運用一流變學(xué)的根本概念一流變學(xué)的根本概念 一流變學(xué)的研討內(nèi)容一流變學(xué)的研討內(nèi)容流變學(xué)流變學(xué)Rheology是研討物質(zhì)是研討物質(zhì) 的變形和流動的一門科學(xué)。的變形和流動的一門科學(xué)。變形是固體的性質(zhì)：某一固體遭變形是固體

2、的性質(zhì)：某一固體遭到外力時，其各部分的外形和體積到外力時，其各部分的外形和體積將發(fā)生變化，這就是變形。將發(fā)生變化，這就是變形。當(dāng)除去外力時，固體具有恢復(fù)原當(dāng)除去外力時，固體具有恢復(fù)原狀的傾向性，我們把這種恢復(fù)原狀狀的傾向性，我們把這種恢復(fù)原狀的性質(zhì)稱為彈性的性質(zhì)稱為彈性Elasticity。同時，把可逆性變形稱為彈性變形同時，把可逆性變形稱為彈性變形。對固體施加外力時，固體內(nèi)部存對固體施加外力時，固體內(nèi)部存在著一種與外力相對抗的內(nèi)力使固在著一種與外力相對抗的內(nèi)力使固體恢復(fù)原狀，我們把這種單位面積體恢復(fù)原狀，我們把這種單位面積上存在的內(nèi)力稱為應(yīng)力上存在的內(nèi)力稱為應(yīng)力Stress。流動是液體和氣體

3、的性質(zhì)。流動的流動是液體和氣體的性質(zhì)。流動的難易與液體和氣體本身具有的性質(zhì)有難易與液體和氣體本身具有的性質(zhì)有關(guān)，我們把這種性質(zhì)稱為粘性關(guān)，我們把這種性質(zhì)稱為粘性Viscosity。流動也可視為一種。流動也可視為一種非可逆性的變形過程。非可逆性的變形過程。實踐上，某些物質(zhì)可以對外力表現(xiàn)實踐上，某些物質(zhì)可以對外力表現(xiàn)出彈性和粘性雙重特性簡稱為粘彈出彈性和粘性雙重特性簡稱為粘彈性，這也是流變學(xué)的重要性質(zhì)之一。性，這也是流變學(xué)的重要性質(zhì)之一。(二切變應(yīng)力與切變速率二切變應(yīng)力與切變速率察看河中的流水：雖然水流方向一致，察看河中的流水：雖然水流方向一致，但水流速度卻不同，中心處的水流最但水流速度卻不同，中

4、心處的水流最快，接近河岸水流較慢。快，接近河岸水流較慢。因此，在流速不太因此，在流速不太快時，可以將流動快時，可以將流動著的液體視為相互著的液體視為相互平行挪動的一個個平行挪動的一個個液層如圖液層如圖13-1；由于各層的速度是由于各層的速度是不同的，所以產(chǎn)生不同的，所以產(chǎn)生速度梯度速度梯度du/dy，這，這是流動的根本特征。是流動的根本特征。 圖圖13-1流動時構(gòu)成速度梯度流動時構(gòu)成速度梯度u u uy 由于有速度梯度存在，流動較慢的液層由于有速度梯度存在，流動較慢的液層阻滯著流動較快液層的運動，所以產(chǎn)生流阻滯著流動較快液層的運動，所以產(chǎn)生流動阻力。動阻力。為了使液層能維持一定的速度梯度運動，

5、為了使液層能維持一定的速度梯度運動，就必需對它施加一個與流動阻力相等的反就必需對它施加一個與流動阻力相等的反向力，我們把在單位液層面積向力，我們把在單位液層面積A A上所需上所需施加的這種力稱為切變應(yīng)力簡稱切應(yīng)力施加的這種力稱為切變應(yīng)力簡稱切應(yīng)力Shearing forceShearing force，以，以S S表示表示, ,單位為單位為N/m2N/m2。速度梯度速度梯度rate of shearrate of shear亦稱為切變亦稱為切變速度，以速度，以D D表示，單位為表示，單位為S-1S-1， 。切變應(yīng)力與切變速度是表征體系流變性質(zhì)切變應(yīng)力與切變速度是表征體系流變性質(zhì)的兩個根本參數(shù)。

6、的兩個根本參數(shù)。 二、流變學(xué)在藥劑學(xué)中的運用二、流變學(xué)在藥劑學(xué)中的運用 流變學(xué)在藥學(xué)研討中的重要意流變學(xué)在藥學(xué)研討中的重要意義在于：可以運用流變學(xué)實際義在于：可以運用流變學(xué)實際對混懸劑、乳劑、半固體制劑對混懸劑、乳劑、半固體制劑等的劑型設(shè)計、處方組成、制等的劑型設(shè)計、處方組成、制備工藝、質(zhì)量控制等進展研討備工藝、質(zhì)量控制等進展研討與評價。與評價。 物質(zhì)的流動性可以分兩大類：物質(zhì)的流動性可以分兩大類：一種為牛頓流動，另一種為非一種為牛頓流動，另一種為非牛頓流動。牛頓流動。(一流變學(xué)在混懸劑中的運用一流變學(xué)在混懸劑中的運用在混懸液中，流變學(xué)原理可用于討論：在混懸液中，流變學(xué)原理可用于討論：粘性對粒

7、子沉降的影響，粘性對粒子沉降的影響，混懸液經(jīng)振蕩從容器中倒出時的流動性混懸液經(jīng)振蕩從容器中倒出時的流動性 的變化，的變化，混懸液運用于投藥部位時的伸鋪展混懸液運用于投藥部位時的伸鋪展 性性 Mervine和和Chase提出：良好的混懸劑在貯提出：良好的混懸劑在貯藏過程中切變速度很小，應(yīng)顯示出較高的藏過程中切變速度很小，應(yīng)顯示出較高的粘性；在運用時，切變速度變大，應(yīng)顯示粘性；在運用時，切變速度變大，應(yīng)顯示較低的粘性。即：混懸劑在振搖、倒出及較低的粘性。即：混懸劑在振搖、倒出及鋪展時能否自在流動是構(gòu)成理想混懸劑的鋪展時能否自在流動是構(gòu)成理想混懸劑的最正確判別條件。最正確判別條件。 表現(xiàn)假塑性流動的

8、西黃蓍膠、海藻酸鈉、羧甲表現(xiàn)假塑性流動的西黃蓍膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉等物質(zhì)，具有上述性能。圖基纖維素鈉等物質(zhì)，具有上述性能。圖13-2用甘用甘油牛頓流體為對照組進展的實驗結(jié)果闡明：油牛頓流體為對照組進展的實驗結(jié)果闡明：甘油的粘性作為懸浮粒子的助懸劑也較為理想。甘油的粘性作為懸浮粒子的助懸劑也較為理想。 觸變性物質(zhì)在靜置形狀下可構(gòu)成凝膠，經(jīng)振搖后轉(zhuǎn)變觸變性物質(zhì)在靜置形狀下可構(gòu)成凝膠，經(jīng)振搖后轉(zhuǎn)變?yōu)橐籂睢橐籂睢?圖圖13-3表示的是皂土、表示的是皂土、CMC-Na以及二者混合物以及二者混合物的稠度曲線的稠度曲線consistency curve。圖中表示皂土具有非。圖中表示皂土具有非常顯著

9、的滯后曲線，且在裝入膨潤土樣品的容器的翻轉(zhuǎn)實常顯著的滯后曲線，且在裝入膨潤土樣品的容器的翻轉(zhuǎn)實驗中發(fā)現(xiàn)，具有較大的觸變性。而皂土和驗中發(fā)現(xiàn)，具有較大的觸變性。而皂土和CMC的混合分的混合分散液曲線，那么表現(xiàn)出假塑性流動和觸變性雙重性質(zhì)。因散液曲線，那么表現(xiàn)出假塑性流動和觸變性雙重性質(zhì)。因此，可以經(jīng)過調(diào)理分散液的混合比例，制成理想的混懸劑此，可以經(jīng)過調(diào)理分散液的混合比例，制成理想的混懸劑的基質(zhì)。的基質(zhì)。 二流變學(xué)在乳劑中的運用二流變學(xué)在乳劑中的運用乳劑在制備和運用過程中往往會遭乳劑在制備和運用過程中往往會遭到各種切變力的影響，在運用和制到各種切變力的影響，在運用和制備條件下乳劑的特性能否適宜，主

10、備條件下乳劑的特性能否適宜，主要由制劑的流動性而定。要由制劑的流動性而定。除了被稀釋成很稀的溶液以外，大除了被稀釋成很稀的溶液以外，大部分乳劑主要表現(xiàn)為非牛頓流動。部分乳劑主要表現(xiàn)為非牛頓流動。因此，對其數(shù)據(jù)的處置或不同系統(tǒng)因此，對其數(shù)據(jù)的處置或不同系統(tǒng)以及各制劑間的定量比較非常困難。以及各制劑間的定量比較非常困難。主要要素有：相的體積比、內(nèi)相固有的主要要素有：相的體積比、內(nèi)相固有的粘度、粒度分布等。粘度、粒度分布等。如分散相內(nèi)相體積比較低時如分散相內(nèi)相體積比較低時0.05以下，其系統(tǒng)表現(xiàn)為牛頓流動；隨著體以下，其系統(tǒng)表現(xiàn)為牛頓流動；隨著體積比添加，系統(tǒng)的流動性下降，表現(xiàn)為假積比添加，系統(tǒng)的流

11、動性下降，表現(xiàn)為假塑性流動。而體積比高的時候，轉(zhuǎn)變?yōu)樗芩苄粤鲃?。而體積比高的時候，轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄粤鲃?。?dāng)體積比接近性流動。當(dāng)體積比接近0.74時，產(chǎn)生相的時，產(chǎn)生相的轉(zhuǎn)移，粘度顯著增大。轉(zhuǎn)移，粘度顯著增大。在同樣的平均粒徑條件下，粒度分布范在同樣的平均粒徑條件下，粒度分布范圍廣的系統(tǒng)比粒度分布狹的系統(tǒng)粘度低。圍廣的系統(tǒng)比粒度分布狹的系統(tǒng)粘度低。另外，乳化劑也是影響乳劑粘度的一個另外，乳化劑也是影響乳劑粘度的一個主要要素。主要要素。 三流變學(xué)在半固體制劑中的運用三流變學(xué)在半固體制劑中的運用 在制備軟膏劑和化裝品時，必需控制好非在制備軟膏劑和化裝品時，必需控制好非牛頓流體資料的濃度稠度。圖牛頓流體資料

12、的濃度稠度。圖13-4表示的表示的是乳劑性基質(zhì)，親水性凡士林或含有水分的親是乳劑性基質(zhì)，親水性凡士林或含有水分的親水性凡士林溶液的流動曲線水性凡士林溶液的流動曲線2。當(dāng)親水性凡士。當(dāng)親水性凡士林中參與水時，致流值由林中參與水時，致流值由520g下降到下降到320g，同，同時，親水凡士林的塑性粘度和觸變性隨著水的時，親水凡士林的塑性粘度和觸變性隨著水的參與而增大。參與而增大。 溫度對該軟膏溫度對該軟膏基質(zhì)稠度的影響，基質(zhì)稠度的影響，可以利用經(jīng)過改良可以利用經(jīng)過改良的旋轉(zhuǎn)粘度計進展的旋轉(zhuǎn)粘度計進展測定，并對其景象測定，并對其景象加以解釋。加以解釋。 從圖從圖13-5中可中可以看出，溫度對兩以看出，

13、溫度對兩種基質(zhì)的影響是一種基質(zhì)的影響是一樣的，而且，降伏樣的，而且，降伏點的溫度變化曲線點的溫度變化曲線也表現(xiàn)為同樣的性也表現(xiàn)為同樣的性質(zhì)。質(zhì)。 而對其觸變性而而對其觸變性而言，從圖言，從圖13-6中可以中可以看出溫度對兩種基質(zhì)看出溫度對兩種基質(zhì)的變化特性完全不同的變化特性完全不同. 其緣由主要是隨其緣由主要是隨著溫度的升高凡士林著溫度的升高凡士林的蠟狀骨架基質(zhì)產(chǎn)生的蠟狀骨架基質(zhì)產(chǎn)生崩解，另一方面，液崩解，另一方面，液體石蠟聚乙烯復(fù)合型體石蠟聚乙烯復(fù)合型軟膏基質(zhì)，通常在溫軟膏基質(zhì)，通常在溫度發(fā)生變化的條件下度發(fā)生變化的條件下可以維持樹脂狀構(gòu)造?？梢跃S持樹脂狀構(gòu)造。第二節(jié)第二節(jié) 流變性質(zhì)流變性質(zhì)

14、 一、牛頓流動一、牛頓流動 我們曾經(jīng)知道：液我們曾經(jīng)知道：液體流動時，在液體內(nèi)構(gòu)體流動時，在液體內(nèi)構(gòu)成速度梯度，故而產(chǎn)生成速度梯度，故而產(chǎn)生流動阻力。切變應(yīng)力流動阻力。切變應(yīng)力S S反反映了此阻力大小，它與映了此阻力大小，它與切變速度切變速度D D有關(guān)。實驗證有關(guān)。實驗證明明: : 純液體和多數(shù)低分純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的子溶液在層流條件下的切變應(yīng)力切變應(yīng)力S S與切變速度與切變速度D D成正比。成正比。 上式即為著名的牛頓粘度定律，遵上式即為著名的牛頓粘度定律，遵照該定律的液體即為牛頓流體。這種流照該定律的液體即為牛頓流體。這種流體的流動景象稱為牛頓流動。體的流動景象稱為牛頓流動

15、。 式中式中:FA:FA面積上施加的力；面積上施加的力；粘度或稱粘度系數(shù)粘度或稱粘度系數(shù), ,是表示流體粘性是表示流體粘性的物理常數(shù)。粘度單位用泊的物理常數(shù)。粘度單位用泊PoisePoise來表示，來表示，2020水的粘度約為水的粘度約為0.010.01泊泊(p)=1(p)=1厘泊厘泊cp)cp)。S1DDAFS或13-113-1 表表13-113-1中表示制劑研討中常用的各種液體中表示制劑研討中常用的各種液體在在2020條件下的粘度。條件下的粘度。 根據(jù)式根據(jù)式13-113-1可知：牛頓液體的切變可知：牛頓液體的切變速度速度D D與切變應(yīng)力與切變應(yīng)力S S之間呈直線關(guān)系，且之間呈直線關(guān)系，且

16、直線經(jīng)過原點，如圖直線經(jīng)過原點，如圖13-713-7a a所示所示 。圖圖13-7 13-7 各種類型的液體流體流動曲線各種類型的液體流體流動曲線(a)牛頓流動曲線牛頓流動曲線 斜率斜率k=1/S S增大時，斜率堅持不變，即增大時，斜率堅持不變，即粘度粘度堅持不變。堅持不變。二非牛頓流動二非牛頓流動 實踐上，大多數(shù)液體不符合牛頓實踐上，大多數(shù)液體不符合牛頓粘度定律，如高分子溶液、膠體溶粘度定律，如高分子溶液、膠體溶液、乳劑、混懸劑、軟膏等不均勻液、乳劑、混懸劑、軟膏等不均勻體系的流動均不遵照牛頓定律。我體系的流動均不遵照牛頓定律。我們把這種不遵照牛頓定律的液體稱們把這種不遵照牛頓定律的液體稱為

17、非牛頓流體，這種流體的流動景為非牛頓流體，這種流體的流動景象稱為非牛頓流動。象稱為非牛頓流動。 按非牛頓液體的流動曲線類型的不按非牛頓液體的流動曲線類型的不同，可以把非牛頓液體分為塑性流動、同，可以把非牛頓液體分為塑性流動、假塑性流動、脹形流動、觸變流動。假塑性流動、脹形流動、觸變流動。 一塑性流動一塑性流動(plastic flow) 如圖如圖13-7(b)所示，塑性流動的流動所示，塑性流動的流動曲線不經(jīng)過原點曲線不經(jīng)過原點,將曲線的直線部分外將曲線的直線部分外延至橫軸時延至橫軸時,可與橫軸有一交點，在這可與橫軸有一交點，在這個交點的切變應(yīng)力值稱為屈伏值或致個交點的切變應(yīng)力值稱為屈伏值或致流

18、值記為流值記為S0 。(b)塑性流動塑性流動S0 致流值致流值 c假塑性流動假塑性流動 S S增大時，斜率增大時，斜率k k不斷增大，不斷增大，粘度粘度不斷下降。不斷下降。SS0SS0時，液體開場流動；時，液體開場流動； S0S0本質(zhì)上是引起塑性液本質(zhì)上是引起塑性液體流動的最低切變應(yīng)力。體流動的最低切變應(yīng)力。 當(dāng)當(dāng)S S0時，即切變應(yīng)力時，即切變應(yīng)力S達不達不到屈伏值致流值時，液體將到屈伏值致流值時，液體將不發(fā)生流動，此時該物質(zhì)表現(xiàn)為不發(fā)生流動，此時該物質(zhì)表現(xiàn)為彈性物質(zhì)的性質(zhì)。彈性物質(zhì)的性質(zhì)。 當(dāng)當(dāng)SS0時，即切變應(yīng)力時，即切變應(yīng)力S增大增大到屈伏值致流值時，液體將到屈伏值致流值時，液體將開場

19、流動，切變速度開場流動，切變速度D和切變應(yīng)和切變應(yīng)力力S呈直線關(guān)系呈直線關(guān)系(此時以后此時以后,粘度粘度堅堅持不變持不變)。液體的這種性質(zhì)稱為塑。液體的這種性質(zhì)稱為塑性。性。 塑性流體的流動公式可以用下式塑性流體的流動公式可以用下式13-2表示：表示： 13-2 式中：式中：塑性粘度塑性粘度plastic viscosity；S0屈伏值或致流值。屈伏值或致流值。 表現(xiàn)為塑性流動的制劑主要有濃度表現(xiàn)為塑性流動的制劑主要有濃度較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂較高的乳劑、混懸劑、單糖漿、涂膜劑等。膜劑等。SSD二假塑性流動二假塑性流動pseudoplastic flow假塑性流動的流動曲線如圖假塑性流

20、動的流動曲線如圖13-7(c)所示。所示。這種隨著這種隨著S值的增大，粘度下降的流動景象值的增大，粘度下降的流動景象稱為假塑性流動，其流動公式稱為假塑性流動，其流動公式13-3如下如下所示：所示： (n1) 式中式中a 表觀粘度表觀粘度apparent viscosity如甲基纖維素、西黃蓍膠、海藻酸鈉等鏈如甲基纖維素、西黃蓍膠、海藻酸鈉等鏈狀高分子的狀高分子的1%水溶液表現(xiàn)為假塑性流動，水溶液表現(xiàn)為假塑性流動，其緣由是：隨著其緣由是：隨著S值的增大，這些高分子的值的增大，這些高分子的長軸按流動方向有序陳列，減少了對流動長軸按流動方向有序陳列，減少了對流動的阻力。的阻力。anSD切?。≡角性较?/p>

21、！切??！越切越?。∪浶粤鲃尤浶粤鲃?脹性流動曲線如圖脹性流動曲線如圖13-9d所示，所示，曲線經(jīng)過原點，且隨著切變應(yīng)力的增大曲線經(jīng)過原點，且隨著切變應(yīng)力的增大其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的其粘性也隨之增大，表現(xiàn)為向上突起的曲線稱為脹性流動曲線曲線稱為脹性流動曲線dilatant flow curve，它相當(dāng)于，它相當(dāng)于13-3式中式中n1時時的情況。的情況。 圖圖13-9 13-9 脹性脹性流動和觸變流流動和觸變流動的表示圖動的表示圖 anSD(n0時時, 。在此條件上對上式進展。在此條件上對上式進展計算得：計算得：式中式中=/G，式中當(dāng)彎曲堅持一定值時，其應(yīng)力隨，式中當(dāng)彎曲堅持一定值

22、時，其應(yīng)力隨時間的延伸按指數(shù)函數(shù)關(guān)系減小，把這種景象稱為時間的延伸按指數(shù)函數(shù)關(guān)系減小，把這種景象稱為緩沖應(yīng)力緩沖應(yīng)力(Stress relaxation),其結(jié)果如下圖。圖其結(jié)果如下圖。圖13-11a中中為緩沖時間為緩沖時間(relaxation time),即應(yīng)力值變?yōu)榧磻?yīng)力值變?yōu)殚_場時的一半所需求的時間，換言之模型所固有的開場時的一半所需求的時間，換言之模型所固有的時間。時間。 )exp(0tSS0dtdr二福格特二福格特Voigt模型模型如圖如圖13-10b所示，把彈簧的緩沖器并所示，把彈簧的緩沖器并聯(lián)的模型稱為福格特模型。對福格特模型聯(lián)的模型稱為福格特模型。對福格特模型施加應(yīng)力施加應(yīng)力

23、S時，作用于彈簧和緩沖器的力時，作用于彈簧和緩沖器的力S1和和S2用下式表示：用下式表示： 由于由于 S= S1+S2，故故 當(dāng)施加一定的負(fù)重時，即當(dāng)施加一定的負(fù)重時，即S=S0時的關(guān)系式時的關(guān)系式經(jīng)過對上式積分得：經(jīng)過對上式積分得： )(21dtdrSrGS)(dtdrrGS 式中，式中，=/G。上式表示在一定的負(fù)荷下彎曲所。上式表示在一定的負(fù)荷下彎曲所需時間的變化。彎曲的程度隨時間而增大，到了需時間的變化。彎曲的程度隨時間而增大，到了一定的時間后一定的時間后S0/G到達定值。到達定值。 我們把這種在一定的應(yīng)力作用下彎曲時間的變我們把這種在一定的應(yīng)力作用下彎曲時間的變化稱為蠕變化稱為蠕變(c

24、reep)景象，表示滯延時間景象，表示滯延時間(retardation time)，及全部變形量到達，及全部變形量到達1/e位置所位置所需求的時間。需求的時間。tGSrexp1)(0aMaxwell要素要素 bVoigt要素要素圖圖13-10 粘彈性的力學(xué)模型粘彈性的力學(xué)模型 時間時間t 時間時間t a (b)圖圖13-11 Maxwell模型的緩沖應(yīng)力模型的緩沖應(yīng)力a和和Voigt模型的緩沖器模型的緩沖器三雙重粘彈性模型三雙重粘彈性模型 在實踐任務(wù)中高分子物質(zhì)的粘彈性景象非在實踐任務(wù)中高分子物質(zhì)的粘彈性景象非常復(fù)雜，因此單純用常復(fù)雜，因此單純用Maxwell模型或模型或Voigt模模型很難解

25、釋清楚其景象。但是，假設(shè)把幾型很難解釋清楚其景象。但是，假設(shè)把幾個模型組合在一同進展解釋，那么非常接個模型組合在一同進展解釋，那么非常接近于實踐的粘彈性景象。近于實踐的粘彈性景象。 圖圖13-12表示的是表示的是Maxwell模型和模型和Voigt模模型組合在一同的型組合在一同的4個影響要素模型。在個影響要素模型。在t=0時，時，負(fù)荷一定的應(yīng)力負(fù)荷一定的應(yīng)力S，以及，以及t=t1時減荷時的伸時減荷時的伸展系數(shù)展系數(shù)r和時間和時間t之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 結(jié)果闡明，這種關(guān)系非常接近于實踐高分結(jié)果闡明，這種關(guān)系非常接近于實踐高分子資料的蠕變和恢復(fù)曲線景象。子資料的蠕變和恢復(fù)曲線景象。 圖圖13-

26、12 4要素模型及其粘彈性景象要素模型及其粘彈性景象 四多重粘彈性模型四多重粘彈性模型圖圖13-13表示的是并聯(lián)具有表示的是并聯(lián)具有1n緩沖時間緩沖時間的的Maxwell模型，其相對應(yīng)關(guān)系式如下所示：模型，其相對應(yīng)關(guān)系式如下所示： 兩邊除以兩邊除以r，設(shè)，設(shè)Er(t)=S/r, Ei=S0,i /r時時 式中，式中，Er(t)緩沖彈性率；即緩沖彈性率；即 H() 緩沖時間的分布函數(shù)。緩沖時間的分布函數(shù)。H() 和和的關(guān)系稱為緩沖范圍的關(guān)系稱為緩沖范圍.對非結(jié)晶性高分子構(gòu)對非結(jié)晶性高分子構(gòu)造的物理特性由該范圍可以得到。造的物理特性由該范圍可以得到。nnittnittiniieSeSeSeSSS/

27、1/, 01,022,011 ,0nititrieEE1/)(0/)()(dteHEttr 圖圖13-13 圖圖13-14多重多重Maxwell模型圖模型圖 多重多重Voigt模型圖模型圖 圖圖13-14表示具有滯延時間表示具有滯延時間1n時的多重陳列的時的多重陳列的Voigt模型。其對應(yīng)的關(guān)系式如下所示：模型。其對應(yīng)的關(guān)系式如下所示： )1 ()1 ()1 (/,/,11/,miitmtmmimitiierererrr兩邊再除以兩邊再除以S， 設(shè)設(shè) Jc(t)=r/S, Ji=r,i/S，那么那么 式中，式中，Jc(t)蠕變伸縮率；蠕變伸縮率；L()滯延時間滯延時間分布函數(shù)；分布函數(shù)；L()

28、 的關(guān)系為滯延范圍。的關(guān)系為滯延范圍。mititcieJJ1/)()1 (0/)()1 ()(deLJttc第三節(jié)第三節(jié) 流變性質(zhì)的測定方法流變性質(zhì)的測定方法 測定高分子液體的粘彈性或流變測定高分子液體的粘彈性或流變學(xué)性質(zhì)，或測定線性粘彈性函數(shù)經(jīng)過學(xué)性質(zhì)，或測定線性粘彈性函數(shù)經(jīng)過以下幾個途徑：以下幾個途徑：1測定對待測樣品施加微小彎曲作用測定對待測樣品施加微小彎曲作用r(t)時所產(chǎn)生的應(yīng)力時所產(chǎn)生的應(yīng)力S(t)；2)測定對待測樣品施加應(yīng)力測定對待測樣品施加應(yīng)力S(t)時所產(chǎn)時所產(chǎn)生的彎曲程度生的彎曲程度r(t)；3施加彎曲速度測定其應(yīng)力施加彎曲速度測定其應(yīng)力S(t)。 詳細(xì)測定方法有兩種詳細(xì)測

29、定方法有兩種:第一種方法是不隨時間變化的靜止測定法，第一種方法是不隨時間變化的靜止測定法，即即r0一定時，施加應(yīng)力一定時，施加應(yīng)力S0。第二種方法為轉(zhuǎn)動測定法。對于膠體和高第二種方法為轉(zhuǎn)動測定法。對于膠體和高分子溶液的粘度如下式所示，其變化主要依分子溶液的粘度如下式所示，其變化主要依賴于切變速度。賴于切變速度。 式中，式中，n(D)非牛頓流體的粘度。對于非牛頓流體的粘度。對于牛頓流體可以器具有一定切變速度的粘度計牛頓流體可以器具有一定切變速度的粘度計進展測定。但是，對于非牛頓流體必需用同進展測定。但是，對于非牛頓流體必需用同時可以測得不同的切變速度的粘度計進展測時可以測得不同的切變速度的粘度計

30、進展測定。定。 DSDn)(一、落球粘度計法一、落球粘度計法 落球粘度落球粘度計的原理是：在含計的原理是：在含有受試液的垂直玻有受試液的垂直玻璃管內(nèi)在一定溫璃管內(nèi)在一定溫度下，使玻璃球度下，使玻璃球或鋼球自在落下，或鋼球自在落下，由球的落下速度和由球的落下速度和球的質(zhì)量即可求得球的質(zhì)量即可求得受試液的粘度見受試液的粘度見右圖右圖13-1513-15。 圖圖13-15 Hoeppler落球粘度計落球粘度計測定方法是將實驗液和圓球裝入到玻璃管測定方法是將實驗液和圓球裝入到玻璃管內(nèi)，外圍的恒溫槽內(nèi)注入循環(huán)水堅持一定內(nèi)，外圍的恒溫槽內(nèi)注入循環(huán)水堅持一定的溫度，使球位于玻璃管上端，然后準(zhǔn)確的溫度，使球位

31、于玻璃管上端，然后準(zhǔn)確地測定球經(jīng)過上下兩個標(biāo)志線的時間，反地測定球經(jīng)過上下兩個標(biāo)志線的時間，反復(fù)測數(shù)次，利用下式計算得到牛頓液體的復(fù)測數(shù)次，利用下式計算得到牛頓液體的粘度。粘度。 式中，式中，t球落下時經(jīng)過兩個標(biāo)志線所需球落下時經(jīng)過兩個標(biāo)志線所需時間時間sec；Sb、Sf在測定溫度條件在測定溫度條件下球和液體的比重；下球和液體的比重；B球本身固有的常球本身固有的常數(shù)。數(shù)。 BSStfb)(二二. .旋轉(zhuǎn)粘度計法旋轉(zhuǎn)粘度計法 旋轉(zhuǎn)粘度計有雙重圓筒形、圓錐圓板旋轉(zhuǎn)粘度計有雙重圓筒形、圓錐圓板型和平行圓板型三種型和平行圓板型三種77。如圖。如圖13-1613-16所示，所示，測定原理為筒內(nèi)裝入實驗液

32、，然后用特制的測定原理為筒內(nèi)裝入實驗液，然后用特制的旋轉(zhuǎn)子進展旋轉(zhuǎn)時，調(diào)查產(chǎn)生的彎曲景象，旋轉(zhuǎn)子進展旋轉(zhuǎn)時，調(diào)查產(chǎn)生的彎曲景象，利用作用力求得產(chǎn)生的應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)裝量中盤利用作用力求得產(chǎn)生的應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)裝量中盤旋角旋角和彎曲程度和彎曲程度r r以及轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩M M和應(yīng)力和應(yīng)力S S之間之間的關(guān)系如下式所示。的關(guān)系如下式所示。 式中，式中，K1K1、K2K2常數(shù)。設(shè)常數(shù)。設(shè)為旋轉(zhuǎn)速度，為旋轉(zhuǎn)速度，即切變速度。雙重圓筒型主要用于測定低粘即切變速度。雙重圓筒型主要用于測定低粘度液體，平行圓板型用于測定高粘度液體。度液體，平行圓板型用于測定高粘度液體。2Kr1KMS (a)雙重圓筒型雙重圓筒型 (b)圓錐

33、圓板形圓錐圓板形 (c)平行圓板型平行圓板型 圖圖13-16旋轉(zhuǎn)粘度計任務(wù)原理表示圖旋轉(zhuǎn)粘度計任務(wù)原理表示圖 圖圖13-16各型旋轉(zhuǎn)粘度計計算公式如下：各型旋轉(zhuǎn)粘度計計算公式如下：a型：型： b型：型： c型：型：12222211/2/ ) 1(2RRsssKLRK2313/2KRKRhKRK/2/231三三. .圓錐圓錐平板粘度計法平板粘度計法 Ferranti-Shirley Ferranti-Shirley粘度計為圓錐粘度計為圓錐平板粘平板粘度計的一種類型。度計的一種類型。Ferranti-ShirleyFerranti-Shirley圓錐圓錐平板平板粘度計的安裝如以下圖所示粘度計的安裝如以下圖所示11。測定方法為將實。測定方法為將實驗液放在平板的中央，然后把平板推至上面的圓驗液放在平板的中央，然后把平板推至上面的圓錐下部，使實驗液在靜止的平板和旋轉(zhuǎn)的圓錐之錐下部，使實驗液在靜止的平板和旋轉(zhuǎn)的圓錐之間產(chǎn)生切變。間產(chǎn)生切變。