粘度原理_粘度计工作原理

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牛顿粘性定律指出，流体的剪切应力与速度梯度（或剪切速率）成正比，比例系数即为流体的粘度，如式（1-3）所示。

（1-3）

式中，为剪切应力，Pa；为剪切应变，量纲为1；为剪切速率，s-1；为粘度，Pa s。凡满足牛顿粘性定律的流体，称为牛顿流体。例如低速流动的水、硅油和空气等。对牛顿流体而言，粘度只是温度的函数，在一定温度下，粘度保持恒定，与速度梯度（或剪切速率无关）。一般液体的粘度随温度升高而减小，气体粘度随温度升高而增大。

凡不满足牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体。例如，高分子溶液和熔体、膏霜、悬浮液、乳液、表面活性剂胶束溶液等。非牛顿流体的粘度一般随剪切速率和温度而变化。非牛顿流体的性质与牛顿流体有显著区别，通常具有剪切变稀、触变性、粘弹性等特殊性质；部分牛顿流体（如膏霜类）还具有屈服应力。

若对流体施加不同的剪切速率，流体的稳态剪切粘度随剪切速率的增大而减小，则该流体称为剪切变稀流体或拟塑性流体，若材料的稳态剪切粘度随剪切速率的增大而增大，则该流体称为剪切增稠流体或胀塑性流体。若对材料施加剪切应力，在超过某个临界应力之前，材料保持不流动状态；只有当剪切应力超过该临界应力后，材料才能流动，这种材料表现出屈服应力现象。

触变性是材料的一个重要的依时特性，包括剪切触变性和温度触变性。触变性流体的表观粘度同时与剪切速率、剪切历史或受热历史相关。剪切滞后环是重要的触变性研究和分析方法，剪切速率随时间按一定变化规律（如按三角波或梯形波）作用于材料上，考察材料内部应力随时间或剪切速率的变化关系。若剪切速率随时间按等腰三角形变化并作用于流体上，流体将得到滞后环，如下图

一种粘弹性胶束体系的滞后环

粘弹性是指材料既具有流体的黏性，同时又具有固体的弹性的性质，是材料另一重要的依时特性。在小振幅震荡流场中对材料施加复应力：

则对粘弹性流体而言，产生的复应变为：

定义复模量：

则

称为弹性模量（或储能模量，Storage modulus），表示材料的弹性对复模量的贡献。

称为粘性模量（或耗能模量，Lo modulus），表示材料的黏性对复模量的贡献。

当时，材料的黏性大于弹性，材料处于流动状态；当

时，材料的黏性等于弹性，材料处于即将流动的临界状态；当

时，材料的黏性小于弹性，材料处于不流动状态。

本实验将着重考查膏霜类化妆品如上所述的流动特性、剪切触变性以及粘弹性。