§3.5 線性粘彈性測量.ppt

1、3.5 線性粘彈性測量,有兩類不同的方法可用于確定線性粘彈性流變行為靜態(tài)方法和動態(tài)方法，它們都是測定在特定應力或應變條件下的流變響應曲線。靜態(tài)實驗為在階躍應力或應變作用下，觀察應力或應變隨時間的發(fā)展。動態(tài)實驗則采用諧變的應力或應變，來觀察相應的應變或應力的響應。要注意的是這兩類方法都必須保證在線性范圍內進行測定。否則，實驗結果不僅取決于材料性質，也取決于實驗條件。對線性程度的判斷是看所計算的粘彈性函數是否與施加的應力和應變量無關。,一、 靜態(tài)實驗,（一）蠕變/恢復(creep/recovery)實驗,1、實驗特點 曲線由以下三個部分組成： 粘性流動（曲線1） 瞬態(tài)彈性應變（曲線2） 延遲彈性應

2、變（曲線3） 真正的實測蠕變曲線由曲線1，2，3疊加而成。這種分析處理的前提是物料必須是線性粘彈性的（其服從疊加原理）。,如果在t1時刻卸去載荷，那么材料的瞬態(tài)彈性應變將立即恢復，相應地BC等于OA；延遲彈性應變隨時間將逐漸恢復徹底，但粘性流動變形將是不可恢復的?；謴颓€BCD因而是曲線2和3疊加后的鏡像。延遲彈性應變分量的恢復曲線為曲線3，它是曲線3的鏡像。,2、蠕變恢復實驗的應用 蠕變曲線的斜直線部分，反映出低應力下物料的純粘性流動，可求出相應的剪切速率，,（對應第一牛頓區(qū)）,那么零剪切粘度為：,如果 曲線在creep階段達到與時間軸平行的 水平，而在recovery階段，兩種曲線均可恢復

3、至零，則表明被 實驗物料具有一定的屈服值，可用于確定屈服值。,creep/recovery實驗可為材料的質量控制、過程控制等生 產實踐提供重要的信息資料。 外延柔量蠕變曲線的直線段部分，其于J軸交于Js(0)，如 果Js(0)等于recovery phase的總的彈性恢復，則說明實驗處于 材料的線性彈粘性范圍，否則說明超出了線性粘彈性范圍， 而不符合測量前提條件。 可評價油漆、油墨等的“下落”沉降性能。,二、 動態(tài)實驗,（一）小振幅振蕩剪切流動分析 假定一任意物料受一諧變剪切應力的作用： 式中， 為剪切應力的幅值， 為振蕩角頻率，rad/s（ 為振蕩頻率）。,可見，對牛頓流體，其應變比應力滯后

4、 的相位。但其剪切速率與剪切應力同相位。,3、粘彈性流體（或粘彈性固體） 由于粘彈性體的性質介于牛頓流體和胡克固體之間，其應變將滯后應力一個相位，因此，,（二）動態(tài)實驗測粘彈性的特點 振蕩實驗的一般優(yōu)點是一臺單獨儀器可以包括非常寬的頻率范圍，若材料具有寬譜松弛時間，這個優(yōu)點就較突出了。典型的頻率范圍是10-3103s-1，因此，可以包括10-3103s的時間譜。 振蕩方法可以測得粘彈性物質的不同參數，如 ：,等等，及其與頻率、應力（幅值）、應變（幅值）的關系。RS75、RS100、RS150等流變儀，均有振蕩應力或振蕩應變的功能。（OSC模式） 動態(tài)實驗中被測物料的內部結構在實驗過程中不被破壞，在流變學上被認為是處于靜態(tài)結構。,為了使實驗過程中選擇的應力（或應變）不至于太大，而超過物質的線性粘彈性范圍，常用如下簡單實驗確定物料在實驗條件下的彈性范圍。即固定振蕩頻率為1HZ，測定復模量 隨振蕩應力（幅值）的變化關系曲線。如圖，在線性粘彈性范圍內， 為定值。而在非線性范圍，較大的應力破壞了物質內部的結構，物質因此往往具有剪切稀釋性，大部分能量作為粘性消耗掉，并以熱量形勢損失掉，從而使,下降。,對非牛頓原油流變性研究來說，動態(tài)方法可以用來研究經剪切破壞的觸變性。含蠟原油在靜態(tài)條件下的