塑料黏度的影响因素

什么因素影响流变性质？黏度的数据通常具有”透视（windowthrough）”的功能，材料的其余性质可以经由黏度获得。由于黏度比其它性质更容易测量，因此黏度可以作为判别材料特性的工具。在这章的前半段，我们讨论了不同型式的流变行为及判断它们的方法，经由材料流变性质的判定，你可能会想了解这项信息暗示了材料的哪些特性。在这一节中，我们搜集了多年来顾客使用黏度计所遇到”难题”的经验，并让你知道你的黏度计是如何神奇地帮助你解决这些问题。4.7.1温度最有可能影响材料流变行为的其中一种因素为温度。一些材料对于温度非常敏感，且对于黏度变化会出现相对较小的变异；另外一些材料则对于温度具有较小的敏感性。温度效应对于黏度的影响在材料材料使用及制程上的判别上是基本的，此类材料如机油、油脂和热融性黏着剂。4.7.2剪率非牛顿流体倾向为一个规则，而不是真实世界之外的例子，且其提供了研究流变学应用的人们对于剪率效应的认识。例如若将膨胀性流体输入系统中，虽然其只是单单将固体打入泵中，但却会对系统带来异常的终止。虽然这是一个极端的例子，然而剪率对于系统影响的重要性确实是不能被低估的。当材料必须在不同的剪率下使用时，先了解操作剪率下的黏度行为是基本的，如果你不了解这些行为，至少需先做估计，黏度测量应该要在预估的剪速值与真实数值相近下操作才有意义。测量黏度时，若剪率的范围在黏度计以外时，此时是不可能大略测出剪率值的，在此情况下，我们就必须在不同剪率下测量黏度值，再以外插得到欲操作剪速下的黏率值。这虽然不为最精准的方法，但确为获得黏度信息的唯一替代方法，特别是当欲操作剪率特别高时。事实上，在多个不同剪率下作黏度的测量以观察程序或使用上的流变行为才是适当的。如果不知道样品剪率值或剪率不重要时，以速度和转速作图即已足够。材料在制程或使用上会受到剪率影响的例子有：油漆、化妆品、乳液、涂布、一些食品和人类循环系统中的血液，下表为流体不同剪速下的典型例子：4.7.3测量状况材料在测量黏度时的状况可以想见对于测量的结果会有影响，因此在作测试时，对于环境的控制与了解是非常重要的。第一，在3.3节中提到的黏度测量技术必须确实实行。测试的参数，包括黏度计型号、转子/转速的组合、样品槽大小、有无脚架存在、样品温度、样品制备技术等等，所有参数不止会影响到测量的准确性，同时会影响你所测量材料的真实黏度。第二，其余影响黏度较不明显的因素也要考虑到，例如对于压力敏感的样品，如牙齿模子材料，熔炉的气流，熔渣，血液和黏液，这些材料在测试时的压力控制是必须的。另外一个可能影响黏度测量结果的因素样品的均匀度。若能提高样品的均匀度，则容易得到一致的结果，然而大部分的材料都有趋向分为非均匀层的性质，所以在你做搅拌或摇晃样品的动作时，小心不要太严重扰动样品。4.7.4时间在剪切的环境下，时间明显地影响材料的摇变性质和流变性质，但是就算样品不受剪力影响，其黏度仍会随着时间而改变，因此在选择与准备样品作黏度测量时，时间的效应是必须做考量的，此外，当样品在程序中有产生化学反应时，材料的黏度也会有所变化，因此在反应某一段时间所做的黏度测量与另依时间所做的结果会有所不同。4.7.5压力压力的变化可能会造成：分解气体产生气泡；扩散或气体的进入造成体积的改变，和紊流现象。压力影响并不如其它参数般常见，其会压缩流体，增加分子内的阻力。在高压下，液体会受到压力压缩所影响，此现象与气体相同，然程度上较小，亦即增加压力会增加黏度，如下述例子：高浓度的泥浆（粒子体积约占70-80%以上），其不含有足够的液体，使液体不能完全进入粒子间的空隙中，导致了三相系的形成（即固体、液体和通常是空气）。由于空气的存在，混合物因此可压缩，亦即你压缩更多，流动的阻力愈大。4.7.6前处理在样品测量黏度前，前处理可能会影响黏度测量的结果，特别是流体会受到热或时间的影响，亦即样品保存状况和样品准备技术必须设计将影响黏度效应的因素减至最低，特别是摇变性材料会受到准备工作的影响，如搅拌、混合、倾倒、或是其它可能使样品产生剪切的动作。4.7.7组成和添加物材料的组成是影响黏度的一个参数，当组成改变后，不管是组成物质的比率或其它物质的添加，黏度的改变都是可能的。4.7.8分散相及凝胶剂之特定特征分散相及凝胶为在液相中散布有一种或多种固相的多相物质，并可藉一系列的参数因子影响其流变性质。此外有很多因子都已在先前探讨过，具特征性质的多相物质亦为此类因子效应之一，我们讨论如下。主要的特征性质研究着重于物质试样的凝聚状态。是否有粒子的出现使固相分离或区隔出来，或者它们凝聚变厚程度；多大的凝块状？又紧密及黏着程度如何？假若凝块（如絮状）于分散相中占有很大的体积，则黏度于此状态下将趋向于比占据较小体积者为大。这是因为在分散相中所需消耗固态物质的力量变大。当如絮物质在分散相中凝结时，凝结的应力反应导致shear-thinning（凝塑性流体）而在较小的应变时凝聚效应可能发生变化，但它依然还是完整的状态，当应变增加时聚集效应可能被破坏而形成单独的如絮物以降低摩擦和黏度（有关凝塑性流体的现象可参见第4.4节）假设凝聚态的键结力量十分强大的话，那么系统有可能会显现出“yieldvalue“（参见第4.4节中关于塑性流体的部份），而这巨大的yieldvalue来自于打断这些键结所需的力量。假若物质的胶结结构随时间而遭外加应力破坏的话，我们可以观察到一个关于时间函数形态的流体行为（参见第4.5节），如果在一些甚至是全部的凝聚态结构遭破坏时则应变会变小，而物质的黏度可能要比先前在相同黏度下为低。因为如絮勿在破坏后开始产生联结，此联结速率大小所需的时间影响可使黏度到达先前大小，假如再联结速率够快的话，则黏度将会显现出和先前一样。相反的话，再联结速率慢，黏度将会变小，这种在流变学行为导致的结果称为“摇溶现象“（参见第4.5节）。在分散相中所受的引力大于物质介于分散相及液相中所表现出的界面力，这将间接影响系统的流变行为。然而，系统中凝聚或非凝聚的媒介诱因是一种控制流变行为的方法。构成分散相中的粒子形状也可藉此量测系统的流变行为。在一个流动介质环境下，静止的粒子为一转动态。如果粒子本身为球状的话，转动会自发。然而，如果粒子是针状或平板状的话，则转动的发生就很难预测，因其受众多应变效应影响。当在一个多相系统中量测黏度时，分散相的稳定度为一特殊的临界参考。假若分散相倾向于较稳定的话，则产生一非均质流体，而系统的特征流性质也将随之改变。在大部分的例子里，这表示量测的黏度值将变小。而在这期间所量测的值通常都为偏差值，我们必须留心并仔细确定静止时的分散相性质。