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剪切速度

鎖定
流體的流動速度相對圓流道半徑的變化速度—剪切速度,其也可以稱之為剪切速率,主要和流體的温度、粘度以及流體的類型有一定的關係,其中流體可以分為牛頓型流體非牛頓型流體兩大類。
中文名
剪切速度
外文名
rate of shear
拼    音
jiǎn qiē sù dù
含    義
物體粘流性質
影響因素
温度、粘度
相關概念
粘度、剪切應力

剪切速度相關概念

剪切速度剪切速率

當頂板在力F的作用下以切線方向移動時(圖1),由於內聚力的作用,其下層的液層隨之移動,然後一層接一層地,第二層拉拽第三層,第三層拉拽第四層,依次類推。這一接力賽式動作,最後傳遞到固定底板。則剪切速率
圖1 牛頓型流動中的定量關係 圖1 牛頓型流動中的定量關係
[1] 

剪切速度剪切應力

作用於物體單位面積切線方向上的力,稱為剪切應力,其符號為τ。作為流變模型,可將液體看作多層極薄液層堆積而成的長方體。它們充滿於兩塊平形板之間,其底板固定不動,而其他各層是能移動的。 [1] 

剪切速度黏度

剪切應力與剪切速率之比,稱為絕對黏度。其符號為η,是流體流動阻力的量度。
η=剪切應力/剪切速率
黏度在流變學上佔有重要地位,它往往隨着温度、剪切應力、剪切速率、剪切歷程等的變化而變化,流變學上使用曲線表示其關係。 [1] 

剪切速度剪切速度曲線

一個液體的剪切應力和剪切速率之間的關係,決定了其流動行為。以剪切應力為縱座標,剪切速率為橫座標的曲線圖,稱為流動特性曲線圖。以絕對黏度為縱座標,剪切速率為橫座標的曲線圖,稱為黏度特性曲線圖。 液體的流動(黏度)特性曲線,可分為牛頓型和非牛頓型兩大類。 [1] 

剪切速度牛頓型流體

一種液體,在一定温度下具有一定的黏度,在剪切速率變化時,黏度保持恆定,稱為牛頓型液體。許多塗料原料如水、溶劑、礦物油和低分子量樹脂溶液都是這種液體,然而塗料成品卻大都是非牛頓型的。牛頓型液體的流動和黏度特性曲線如圖2所示。 [1] 
圖2 牛頓型流體流動曲線 圖2 牛頓型流體流動曲線

剪切速度非牛頓型流體

當一個液體的黏度隨着剪切速度的變化而變化時,就稱為非牛頓型液體。其中黏度隨着剪切速率的增加而降低的液體,稱為假塑性液體。反之,黏度隨着剪切速率的增加而上升的液體,稱為膨脹型液體(如圖3所示)。 [1] 
圖3 非牛頓型流體流動曲線 圖3 非牛頓型流體流動曲線

剪切速度影響

圖4 粘度與剪切速率關係 圖4 粘度與剪切速率關係
具有非牛頓行為的聚合物熔體,其黏度隨剪切速率的增加而下降。高剪切速率下的熔體黏度比低剪切速率下的黏度小几個數量級。不同聚合物熔體在流動過程中,隨剪切速率的增加,其黏度下降的程度是不相同的。如圖4所示,在低剪切速率下,低密度聚乙烯聚苯乙烯的黏度大於聚碸和聚碳酸酯;但在高剪切速率下,低密度聚乙烯和聚苯乙烯的黏度小於聚碸和聚碳酸酯。
從熔體黏度對剪切速率的依賴性來説,不同塑料的敏感性存在明顯區別。敏感性較明顯的有LDPE、PP、PS、HIPS、ABS、PMMA和POM;而HDPE、PSF、PAl010和PBT的敏感性一般;PA6、PA66和PC為最不敏感。對於剪切速率敏感性大的塑料,可採用提高剪切速率的方法使其黏度下降,有利於注射成型的充模過程。 [2] 
參考資料
  • 1.    耿耀宗.現代水性塗料 工藝·配方·應用 2版:中國石化出版社,2013.04:344-346
  • 2.    唐頌超.高分子材料成型加工 第3版:中國輕工業出版社,2013.05:107-108