线性粘弹性测量.ppt

3 3.5 5 线性粘弹性测量线性粘弹性测量 有两类不同的方法可用于确定线性粘弹性流变行为静态方法和动态方法，它们都是测定在特定应力或应变条件下的流变响应曲线。静态实验为在阶跃应力或应变作用下，观察应力或应变随时间的发展。动态实验则采用谐变的应力或应变，来观察相应的应变或应力的响应。要注意的是这两类方法都必须保证在线性范围内进行测定。否则，实验结果不仅取决于材料性质，也取决于实验条件。对线性程度的判断是看所计算的粘弹性函数是否与施加的应力和应变量无关。一、一、静态实验静态实验（一）蠕变/恢复(creep/recovery)实验 1、实验特点 曲线由以下三个部分组成：粘性流动（曲线1）瞬态弹性应变（曲线2）延迟弹性应变（曲线3）真正的实测蠕变曲线由曲线1，2，3叠加而成。这种分析处理的前提是物料必须是线性粘弹性的（其服从叠加原理）。如果在t1时刻卸去载荷，那么材料的瞬态弹性应变将立即恢复，相应地BC等于OA；延迟弹性应变随时间将逐渐恢复彻底，但粘性流动变形将是不可恢复的。恢复曲线BCD因而是曲线2和3叠加后的镜像。延迟弹性应变分量的恢复曲线为曲线3，它是曲线3的镜像。2、蠕变恢复实验的应用蠕变曲线的斜直线部分，反映出低应力下物料的纯粘性流动，可求出相应的剪切速率，（对应第一牛顿区）那么零剪切粘度为：如果 曲线在creep阶段达到与时间轴平行的水平，而在recovery阶段，两种曲线均可恢复至零，则表明被实验物料具有一定的屈服值，可用于确定屈服值。creep/recovery实验可为材料的质量控制、过程控制等生产实践提供重要的信息资料。外延柔量蠕变曲线的直线段部分，其于J轴交于Js(0)，如果Js(0)等于recovery phase的总的弹性恢复，则说明实验处于材料的线性弹粘性范围，否则说明超出了线性粘弹性范围，而不符合测量前提条件。可评价油漆、油墨等的“下落”沉降性能。二、二、动态实验动态实验（一）小振幅振荡剪切流动分析 假定一任意物料受一谐变剪切应力的作用：式中，为剪切应力的幅值，为振荡角频率，rad/s（为振荡频率）。可见，对牛顿流体，其应变比应力滞后 的相位。但其剪切速率与剪切应力同相位。3、粘弹性流体（或粘弹性固体）由于粘弹性体的性质介于牛顿流体和胡克固体之间，其应变将滞后应力一个相位，因此，（二）动态实验测粘弹性的特点（二）动态实验测粘弹性的特点 振荡实验的一般优点是一台单独仪器可以包括非常宽的频率范围，若材料具有宽谱松弛时间，这个优点就较突出了。典型的频率范围是10-3103s-1，因此，可以包括10-3103s的时间谱。振荡方法可以测得粘弹性物质的不同参数，如：等等，及其与频率、应力（幅值）、应变（幅值）的关系。RS75、RS100、RS150等流变仪，均有振荡应力或振荡应变的功能。（OSC模式）动态实验中被测物料的内部结构在实验过程中不被破坏在流变学上被认为是处于静态结构。为了使实验过程中选择的应力（或应变）不至于太大，而超过物质的线性粘弹性范围，常用如下简单实验确定物料在实验条件下的弹性范围。即固定振荡频率为1HZ，测定复模量 随振荡应力（幅值）的变化关系曲线。如图，在线性粘弹性范围内，为定值。而在非线性范围，较大的应力破坏了物质内部的结构，物质因此往往具有剪切稀释性，大部分能量作为粘性消耗掉，并以热量形势损失掉，从而使下降。对非牛顿原油流变性研究来说，动态方法可以用来研究经剪切破坏的触变性。含蜡原油在静态条件下的结构恢复特性，如图所示：经预剪切，结构被破坏的含蜡原油，在静态条件下，复模量随时间逐渐增大，而相位角则逐渐减小。表明结构强度逐渐增大，体系的弹性加强。