【集萃网观察】三、油墨流变曲线的滞后现象

    如果用旋转粘度计测定油墨之类的触变性体系，使外筒转速从零连续地增加到Q。，再从Qo连续地降低到零，并测定相应的转矩M，然后把Q和M换算成切变速率D和切应力τ，画出的流变曲线的特点是，对应于Q从零到Q。的上行线是一条凸向τ轴的曲线，对应于Q从Q。到零的下行线却大致是一条直线，而且，整条流变曲线的起点和终点相重合，形成一个月牙形的封闭圈。在这条流变曲线上，对应于同一个切变速率D，下行线上的切应力τ1，要比上行线上的切应力τ2小，或者说对应于同一个切变速率，下行线上对应点的表观粘度，要比上行线上对应点的表观粘度小。体系流变曲线上的这种现象，叫滞后现象，这个流变曲线的封闭圈，叫滞后圈。流变曲线出现滞后现象，是触变性流体的特征。

    触变性体系可以看作是由无数粒子架起的结构。体系静止时，结构处于平衡状态，在外部机械作用下，结构逐渐被拆散，因而失去平衡。结构被拆散的程度，取决于机械作用的强弱和持续时间的长短。在触变性体系流变曲线的上行线上，切应力连续增加，结构不断被拆散，表观粘度因而逐渐减小，流变曲线就凸向τ轴，当曲线到达顶点时，结构将被拆散到一定的程度；在流变曲线的下行线上，已被拆散的结构来不及重新组合，切应力再无拆散结构的作用，只是用来推动粒子运动，表观粘度近于常数，流变曲线便近于直线了。这就是触变性体系的流变曲线形成滞后圈的机理。

    滞后圈可以表征触变性体系的时间效应，这一点从下面的讨论中能够明显地看出来。如果以不同的切变加速度D，把切变速率D从零升到某个选定的D。，然后，再使D从Do降到零，得到的流变曲线是三个不同的滞后圈，可以看出，当D较大时，D从零上升到Do所用的时间较短，体系的结构在这段较短的时间里被拆散的也较少，因而表观粘度较大；当D较小时，D从零上升到D。所用的时间较长，体系的结构在这段较长的时间里被拆散也较多，因而表观粘度较小；当D降低到某个最小值时，D从零上升到D。所用的时间，长到足以使流体能被拆散的结构全部被拆散，流体的表观粘度就变得最低了。这就说明；用不同的时间来完成使D从零到D。，再回到零的滞后圈，结果是不一样的。反过来说，不同形状的滞后圈反映了体系的时间效应，即触变性。

    四、触变性的测定

    油墨触变牲的测定多是在旋转粘度计上进行的，用来表征油墨触变性的特征参量有所示同。下面介绍几种常用的表征油墨触变性的特征参量，它们是触变破解系数、时间触变系数、触变指数以及用表观粘度表征油墨触变性的参量，分述如下。

    1．触变破解系数：如果对于两个不同的角速度Q1和Q2，测定油墨的塑性粘度，到ηpl和ηp2，代人格林触变基本方程得到：

    H =（ηpl －ηp2）／（ln Q2／Q1）=2（ηpl －ηp2）／ln （Q2／Q1）2

    H叫触变破解系数。用H来表征油墨的触变性，只有比较的意义，因此，Q1、Q2一经选定，不宜再变，而且，测定中要注意控制时间和温度。

    2．时间触变系数：在旋转粘度计上对油墨等触变性流体的实验测定表明，当切变速率D一定时，塑性粘度ηp与测试时间t的对数lnt成正比，而当t足够大时，ηp为一常数。如果测得对应于t1、t2时刻的塑性粘度是ηp1、ηp2，则有：

B =（ηpl －ηp2）／ln（t2 ／t1）

    B叫时间触变系数，它表示了单位时间对数增量下的油墨触变程度的变化。    此外，时间触变系数还可表示为：

    B = -dηp／dt．t

    即：时间触变系数B，等于在某给定的切变速率下，流体的塑性粘度ηp对时间的导数dηp／dt（dηp／dt＜0），再乘上测试中所经历的时间t。

    3、触变指数：在用旋转粘度计测定触变性流体的粘度时，可以看到，对于一定的角速度Q，粘度的读数先达到一个最大值，而后迅速下降到一个稳定值。这个粘度的最大值，对应着一个最大的切应力值，叫作峰值，记作τ峰。实际上，粘度最大值是对应于流变曲线(即滞后圈)上行线上某一点的表观粘度，粘度稳定值则是对应于流变曲线下行线的塑性粘度。由于滞后圈的上行线凸向切应力(或转矩)轴，粘度最大值自然大于粘度的稳定值。流体的触变性越大，滞后圈面积越大，滞后圈的上行线越是凸向切应力轴，粘度最大值和峰值τ峰也就越大。反过来，峰值τ峰便可用来表征流体触变性的大小了。

    在油墨测定中，具体的做法是，先在选好固定的切变速率下，测得粘度的最小稳定值，然后使油墨静置一段很短的时间⊿t，⊿t一般在10秒到1分钟，再测出同样切变速率下的粘度最大值，并换算成峰值τ峰。重复上述做法，得到若干组(⊿t、τ峰)F。值，再分别以(⊿t )1/2和τ峰1/2为横坐标和纵坐标作图。这直线部分的斜率叫做触变指数。触变指数的大小可以用来表示油墨触变性的大小，但这同样是在比较的意义上说的。

    4、用表观粘度表示触变性的方法：油墨触变性的测定还有下述两种简便的方法，都是用旋转粘度计测定油墨的表观粘度，用得到的表观粘度来表示的。这样做的根据是，在油墨滞后圈的上行线上的各点，表观粘度是变化的，这种变化与上行线的形状、滞后圈的面积大小有关，因而间接地表示了油墨的触变性的大小。当然，这只能是比较粗略的表示方法。

    一种方法是在一系列切变速率D下，测定油墨的表观粘度ηp，然后以ηc对1／D作图，所得到近于直线，用这条直线的斜率表示油墨的触变性的大小。

    另一种方法是在粘度计转速为10转／分和20转／分条件下，测出油墨的表观粘度ηa10和ηa20，然后用k=ηa10／ηa20来表示油墨触变性的大小，k值越大，油墨的触变性越大。

    以上介绍的测定油墨触变性的方法，理论上是不严密的，应用上也是不规范的，都只是近似的，比较的方法。

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