控制流变特性的十种方法

2023年12月22日发(作者：高速切削)

通过改变颗粒特性（粒度、zeta电位及粒形）以控制流变特性的十种方法流变学与粘性日常生活中大多数材料都是将一种物质（往往是微粒）分散在另一物质当中的分散体系。 这些材料包括粘合剂、农用化学品、水泥、陶瓷、胶体、化妆品以及个人护理品、食品饮料、矿浆、油漆、油墨和涂料、药物以及聚合物体系等。举例来说：•••在油墨行业中，了解流变性和颗粒特性之间的关系，可以指导我们在保持印刷所需要的流变特性不变的前提下，改变固体颜料的含量。在水泥行业中，了解流变性和颗粒特性之间的关系，如团聚形态，能够实现对加工和使用过程中流动性能的控制。在化妆品和个人护理用品行业中，了解流变性和颗粒特性之间的关系可以实现配方、消费者接受度以及使用性能的最佳平衡。分散体系的物理特性，如平均粒度大小、粒度分布、zeta 电位或颗粒电荷，甚至颗粒形状等都有助于影响整个体系的流变特性。“10 种方法”将帮助您了解分散体系的一些基本特性，并举例说明粒度大小、颗粒形状以及zeta 电位是怎样影响体系的流变特性。 然而，当了解大宗材料特性比如流变特性时，有意思的是我们通常会把流变特性和粒度、粒形及zeta电位联系在一起，这也告诉我们怎样通过这些知识控制材料的流变特性。 1. 减小粒度通常会减小粘度如果体积分数不变，颗粒尺寸减小时，颗粒的数量将有所增加。因此，颗粒间的相互作用将有所增强。 亚微米颗粒的情况尤其如此。 每个核心颗粒周围的表面电荷、水合作用或者吸附层导致有效流体力学直径显著增加。 这些不同的层增大颗粒数量增加的效果，导致负载的特定颗粒的有效体积分数更高，因此悬浮液粘度更大。 因为低剪切速率下颗粒内（胶体）的相互作用显著，效果也更加明显。Malvern Instruments WorldwideSales and rvice centres in over 65 /contact©2015 Malvern Instruments Limited

2. 增大粒度通常会减小粘度相反地，如果粒度增大，就会导致粘度降低。因为表面电荷或吸附层的变化对粒度流体力学直径的影响相对较小。 同样，因为低剪切速率下颗粒内（胶体）的相互作用显著，效果更明显。3. 增加粒度分布（径距）通常会减小粘度如果颗粒平均粒度相同，径距大/宽分布（多分散性强）的颗粒比窄分布的颗粒堆积得更好。 这意味着宽分布的颗粒具有更大的自由空间可以活动，样品更加容易动，即粘度更低。 因此，窄粒度分布能增加悬浮体系的粘度及稳定性。2通过改变颗粒特性（粒度、zeta电位及粒形）以控制流变特性的十种方法

4. 颗粒的粒度大小和粒度分布对粘度的影响可以结合使用，达到一些有趣的效果。举例来说，如果体积分数相同，粒度相对较大的样品中含有小部分的小颗粒，其粘度将低于仅含小颗粒或尽含大颗粒的样品。 这主要是由于粒度大小和粒度分布都会改变颗粒间相互作用力从而影响体系的流变特性。虽然两者都会影响粘度，但在这种情况下，多分散性的影响占主导作用。 这里，多分散性的影响决定小颗粒的粘度。5. 增加体系中的颗粒数量，改变流动行为 颗粒粒径大小不变时，如果加入越来越多的颗粒，流动性将从牛顿流体（几乎没有颗粒，不发生相互作用）变为剪切变稀（颗粒可能存在相互作用，但作用力很小，随着剪切速率的增大该相互作用会被破坏，从而发生剪切变稀行为），再变为剪切增稠（存在许多颗粒，剪切速率增大，颗粒开始相互发生物理碰撞，造成剪切增稠行为）。6. 小于1μm 的颗粒（即胶体），增大zeta 电位的数量级（正或负）能增加低剪切速率下的粘度随着zeta 电位的增大，颗粒受力相互远离，颗粒的有效粒度增大。 这从根本上防止了颗粒的自由流动，因此粘度增大。 由于作用力较小，在较低剪切率下，这种作用更为明显。3通过改变颗粒特性（粒度、zeta电位及粒形）以控制流变特性的十种方法

7. 大于 1μm 的颗粒，即分散体系（这种情况下重力在会产生重要影响），在高浓度下，利用降低zeta 电位到达第二最低值，可以形成自支持凝胶体系，向体系引入屈服应力。对于较大的颗粒来说，颗粒的重力将克服静电电荷/zeta 电位造成的颗粒间的排斥力。尽管如此，随着这些大分子不再完全聚集（水合层），这种近距离虽然仍然强大，但范德华引力会增大低剪切速率下的粘度。8. 与表面粗糙（即凸起度较低）的颗粒相比，表面光滑的颗粒在低剪切速率下粘度较低。 表面光滑的颗粒之间的缔合左用往往是化学作用力。表面粗糙的颗粒即存在机械阻力，也有化学缔合力。 因此，含有表面粗糙的颗粒的体系在低剪切速率下粘度较高，并具有比较大的屈服应力。 这些作用在高载荷固体上更加明显。 然而，更常见的是表面粗糙的导致颗粒周围更大的液相流场变化，增大粘度。4通过改变颗粒特性（粒度、zeta电位及粒形）以控制流变特性的十种方法

9. 与球形颗粒相比，长条形的颗粒在低剪切速率下粘度较高，但高剪切速率下粘度较低。球形颗粒间存在一定的相互作用力，在剪切作用下会被破坏，发生剪切变稀行为。 而对于长条形的颗粒来说，随机的取向会导致开始发生流动时阻力较大，即低剪切速率下粘度大。然而，在高剪切作用下，长条形的颗粒可以按照流动取向有规则的排列为流线型。 因此，与相同尺寸的球形颗粒相比，它们更容易发生流动，其剪切粘度也较低。10. 粒度相同，柔软/可变形的颗粒比坚硬的颗粒具备更强的剪切变稀行为外加的剪切应力可以改变柔软颗粒的形状， 会导致颗粒在剪切作用下发生拉长和沿流动方向有序排列，从发生而剪切变稀行为。5通过改变颗粒特性（粒度、zeta电位及粒形）以控制流变特性的十种方法

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