控制流變特性的十種方法

2023年12月22日發(作者：高速切削)

通過改變顆粒特性（粒度、zeta電位及粒形）以控制流變特性的十種方法流變學與粘性日常生活中大多數材料都是將一種物質（往往是微粒）分散在另一物質當中的分散體系。 這些材料包括粘合劑、農用化學品、水泥、陶瓷、膠體、化妝品以及個人護理品、食品飲料、礦漿、油漆、油墨和涂料、藥物以及聚合物體系等。舉例來說：???在油墨行業中，了解流變性和顆粒特性之間的關系，可以指導我們在保持印刷所需要的流變特性不變的前提下，改變固體顏料的含量。在水泥行業中，了解流變性和顆粒特性之間的關系，如團聚形態，能夠實現對加工和使用過程中流動性能的控制。在化妝品和個人護理用品行業中，了解流變性和顆粒特性之間的關系可以實現配方、消費者接受度以及使用性能的最佳平衡。分散體系的物理特性，如平均粒度大小、粒度分布、zeta 電位或顆粒電荷，甚至顆粒形狀等都有助于影響整個體系的流變特性。“10 種方法”將幫助您了解分散體系的一些基本特性，并舉例說明粒度大小、顆粒形狀以及zeta 電位是怎樣影響體系的流變特性。 然而，當了解大宗材料特性比如流變特性時，有意思的是我們通常會把流變特性和粒度、粒形及zeta電位聯系在一起，這也告訴我們怎樣通過這些知識控制材料的流變特性。 1. 減小粒度通常會減小粘度如果體積分數不變，顆粒尺寸減小時，顆粒的數量將有所增加。因此，顆粒間的相互作用將有所增強。 亞微米顆粒的情況尤其如此。 每個核心顆粒周圍的表面電荷、水合作用或者吸附層導致有效流體力學直徑顯著增加。 這些不同的層增大顆粒數量增加的效果，導致負載的特定顆粒的有效體積分數更高，因此懸浮液粘度更大。 因為低剪切速率下顆粒內（膠體）的相互作用顯著，效果也更加明顯。Malvern Instruments WorldwideSales and rvice centres in over 65 /contact?2015 Malvern Instruments Limited

2. 增大粒度通常會減小粘度相反地，如果粒度增大，就會導致粘度降低。因為表面電荷或吸附層的變化對粒度流體力學直徑的影響相對較小。 同樣，因為低剪切速率下顆粒內（膠體）的相互作用顯著，效果更明顯。3. 增加粒度分布（徑距）通常會減小粘度如果顆粒平均粒度相同，徑距大/寬分布（多分散性強）的顆粒比窄分布的顆粒堆積得更好。 這意味著寬分布的顆粒具有更大的自由空間可以活動，樣品更加容易動，即粘度更低。 因此，窄粒度分布能增加懸浮體系的粘度及穩定性。2通過改變顆粒特性（粒度、zeta電位及粒形）以控制流變特性的十種方法

4. 顆粒的粒度大小和粒度分布對粘度的影響可以結合使用，達到一些有趣的效果。舉例來說，如果體積分數相同，粒度相對較大的樣品中含有小部分的小顆粒，其粘度將低于僅含小顆粒或盡含大顆粒的樣品。 這主要是由于粒度大小和粒度分布都會改變顆粒間相互作用力從而影響體系的流變特性。雖然兩者都會影響粘度，但在這種情況下，多分散性的影響占主導作用。 這里，多分散性的影響決定小顆粒的粘度。5. 增加體系中的顆粒數量，改變流動行為 顆粒粒徑大小不變時，如果加入越來越多的顆粒，流動性將從牛頓流體（幾乎沒有顆粒，不發生相互作用）變為剪切變稀（顆粒可能存在相互作用，但作用力很小，隨著剪切速率的增大該相互作用會被破壞，從而發生剪切變稀行為），再變為剪切增稠（存在許多顆粒，剪切速率增大，顆粒開始相互發生物理碰撞，造成剪切增稠行為）。6. 小于1μm 的顆粒（即膠體），增大zeta 電位的數量級（正或負）能增加低剪切速率下的粘度隨著zeta 電位的增大，顆粒受力相互遠離，顆粒的有效粒度增大。 這從根本上防止了顆粒的自由流動，因此粘度增大。 由于作用力較小，在較低剪切率下，這種作用更為明顯。3通過改變顆粒特性（粒度、zeta電位及粒形）以控制流變特性的十種方法

7. 大于 1μm 的顆粒，即分散體系（這種情況下重力在會產生重要影響），在高濃度下，利用降低zeta 電位到達第二最低值，可以形成自支持凝膠體系，向體系引入屈服應力。對于較大的顆粒來說，顆粒的重力將克服靜電電荷/zeta 電位造成的顆粒間的排斥力。盡管如此，隨著這些大分子不再完全聚集（水合層），這種近距離雖然仍然強大，但范德華引力會增大低剪切速率下的粘度。8. 與表面粗糙（即凸起度較低）的顆粒相比，表面光滑的顆粒在低剪切速率下粘度較低。 表面光滑的顆粒之間的締合左用往往是化學作用力。表面粗糙的顆粒即存在機械阻力，也有化學締合力。 因此，含有表面粗糙的顆粒的體系在低剪切速率下粘度較高，并具有比較大的屈服應力。 這些作用在高載荷固體上更加明顯。 然而，更常見的是表面粗糙的導致顆粒周圍更大的液相流場變化，增大粘度。4通過改變顆粒特性（粒度、zeta電位及粒形）以控制流變特性的十種方法

9. 與球形顆粒相比，長條形的顆粒在低剪切速率下粘度較高，但高剪切速率下粘度較低。球形顆粒間存在一定的相互作用力，在剪切作用下會被破壞，發生剪切變稀行為。 而對于長條形的顆粒來說，隨機的取向會導致開始發生流動時阻力較大，即低剪切速率下粘度大。然而，在高剪切作用下，長條形的顆粒可以按照流動取向有規則的排列為流線型。 因此，與相同尺寸的球形顆粒相比，它們更容易發生流動，其剪切粘度也較低。10. 粒度相同，柔軟/可變形的顆粒比堅硬的顆粒具備更強的剪切變稀行為外加的剪切應力可以改變柔軟顆粒的形狀， 會導致顆粒在剪切作用下發生拉長和沿流動方向有序排列，從發生而剪切變稀行為。5通過改變顆粒特性（粒度、zeta電位及粒形）以控制流變特性的十種方法

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