濃分散體系的相對(duì)黏度ηr與固相濃度Ф2的方程式很多,歸納起來有兩類。①方程式中不出現(xiàn)與切變速率有關(guān)的參數(shù),由于在低固相濃度,且粒子間的吸引力小的場(chǎng)合,懸浮液呈牛頓性,故相對(duì)黏度與固相濃度有關(guān),與切變速率無關(guān);顯然,將零切黏度或低切變速率有關(guān)的參數(shù)。②方程式考慮相對(duì)黏度與切變速率的管子,即考慮其非牛頓性。 建立這些方程式的方法有兩種:一是從微觀角度,即濃分散體系各組分的性質(zhì)以及他們之間的相互作用通過理論分析建立起來的方程。由于濃分散體系的復(fù)雜性,至今尚難得到可在大范圍內(nèi)應(yīng)用的方程。二是從濃分散體系的宏觀流動(dòng)行為出發(fā),提出包括幾個(gè)參數(shù)的流變模型,再由試驗(yàn)來確定這些參數(shù)。這種方程雖屬經(jīng)驗(yàn)型的,但比前者更具實(shí)用性。 若粒子間沒有吸引力,并且固相濃度低時(shí),固液間流體力學(xué)相互作用占主導(dǎo)地位。如果連續(xù)相是牛頓性的,則濃分散體系也是牛頓性的,黏度隨固相濃度線性增加。但在中等固相濃度時(shí),黏度與固相濃度的關(guān)系就變成非線性的。當(dāng)固相濃度進(jìn)一步從中等濃度變到高濃度時(shí),黏度增加迅速,濃分散體系呈現(xiàn)非牛頓性。當(dāng)粒子間有吸引力時(shí),且連續(xù)相是非牛頓性的,情況就更復(fù)雜了。本節(jié)主要討論剛性填料濃分散體系的牛頓性,由于環(huán)氧樹脂添加體系都是在低剪切速率下進(jìn)行的,所以這里不討論剪切速率的依賴性問題。 Einstein首先推算了填料對(duì)牛頓流體黏度的影響,η為混合物的黏度;η1為流體的黏度;ηr為相對(duì)黏度;Ф2為填料的體積分?jǐn)?shù);KE為Einstein方程僅適用于固相濃度很低的情況,但它卻十分簡(jiǎn)單。 對(duì)于中等固相濃度以下的球狀顆粒濃分散體系的黏度,最為令人滿意的也是最常用的方程式Mooney方程Фm為最大堆砌體積分?jǐn)?shù),即使得流體不在流動(dòng)時(shí)的Ф2的值。當(dāng)Ф2=Фm時(shí)便形成了一種具有屈服點(diǎn)的剛性糊。顯然Фm是粒子形狀的函數(shù),對(duì)于等徑球體系,Фm的上限是0.74,這相當(dāng)于最緊密堆砌的情況。粒徑不均一時(shí),Фm值便會(huì)增大,因?yàn)樾×W涌梢赃M(jìn)入大粒子堆砌所形成的空隙中。當(dāng)粒徑具有無窮多分散粒徑分布時(shí),則Фm=1。對(duì)于棒狀體系,當(dāng)棒狀顆粒長徑比增加時(shí),Фm減少。 特別強(qiáng)調(diào)指出,Фm反映了粒子的聚集狀態(tài)。它直接反映了粒子所帶電荷以及粒子的表面化學(xué)行為,而這兩者都影響粒子的聚集狀態(tài),以及聚集體的微結(jié)構(gòu)和抗破壞能力。聚集體的微結(jié)構(gòu)可呈鏈狀的,也可呈球狀的。對(duì)于后者,聚集體內(nèi)可帶有許多不能運(yùn)動(dòng)的液體,即所謂沉淀液,使體系粘度增大。即使Фm是常數(shù),由于Ф2/Фm增大,也會(huì)使相對(duì)黏度ηr增大。 方程不僅對(duì)低黏度、高濃度、單分散、雙分散以及其他粒徑分布的體系均適用,也適用于固體粒子分散于有交聯(lián)的和無定形的黏彈性材料中所形成的濃分散體系。 |