粘度是流体的一种重要特性,它描述了液体的流动阻力并与流体内的内摩擦力有关。 剪切流动最常见的流动方式,在这种流动中,分层的流体因受到剪切力的作用而相互发生运动。 此外力为剪切力形式,其定义为作用在单位流体面积上的力;该外力导致在样品厚度方向上形成一个速度梯度,也就是所谓的切变速率。 与此流程有关的切变粘度或动态粘度以剪切应力与切变速率之间的比值表示。

非牛顿流体

很多简单流体被划为牛顿流体,也就是说这些流体的粘度与是否施加剪切力无关。 举例来说,水和一些简单的碳氢化合物都属于牛顿流体。 随着流体复杂度的增加,例如夹杂有气泡、液滴、颗粒或聚合物时,流体就会出现更加复杂的特性,表现出非牛顿响应,这时粘度会取决于所施剪切力的大小。 此类流体通常被称为结构化流体或复杂流体,与简单粘度计相比,能够在更广泛的切变速率、剪切应力和温度下测量流体粘度的流变仪可以更好地表征此类流体的特性。

这种非牛顿特性是很多工业和商业产品的常见特性,比如牙膏、蛋黄酱、油漆、化妆品和水泥等,此类流体通常属于剪切稀化流体,也就是说粘度会随着切变速率的增加而降低,尽管有些极度结构化的流体会发生剪切增稠情形。 

粘度的应用 

对于大多数产品来说,都需要粘度在低切变速率下保持较高水平,以防止沉淀或坍落;但要在高切变速率时变稀,以方便涂装或加工。 因此,单次粘度测量不能充分地描述此类材料的粘度,应在一系列的切变速率或应力下材料的粘度,或者至少要在与所关注的流程或应用场合相关的切变速率下测量材料的粘度。 非牛顿流体还可能表现出其他现象,例如屈服应力、触变性和粘弹性等,这些现象都会对材料的特性和产品性能产生重要影响。


与分散体有关的其他粘度参数还有相对粘度、比粘度和本征粘度,这些参数可用于表征溶质相或分散项对溶液或分散体粘度的贡献度。 这些参数都可使用差示粘度计极为轻松的测得,例如与 OMNISEC 凝胶渗透色谱法 (GPC) 系统一起使用的差示粘度剂。

尽管简易式粘度计通常能够在较窄的切变速率下表征牛顿流体的性能,但是,对于需要在更宽的切变速率下对粘度进行评估的非牛顿流体和其他应用而言,就需要使用更高级的粘度计和流变仪。 Malvern Panalytical 为满足这些要求,推出了多款高级粘度计和流变仪,可用于:

  • 确定非牛顿液体的切变粘度特性,以模拟加工和使用条件。
  • 确定材料的粘弹性指纹图谱,以确定材料在特性上类似固体或类似液体的程度。
  • 优化并评估分散体的稳定性。
  • 确定油漆及涂料的触变性,用于产品应用及精整加工质量。
  • 聚合物分子结构对加工处理与终端使用性能粘弹性的影响
  • 为食品及个人护理产品的传送或散布能力提供参数。
  • 粘结或凝胶系统的完全凝固分析。
  • 用于治疗学特别是生物药品的预制剂筛选。