第7章墨水中的流变特性及流变调节剂Word格式文档下载.docx
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如图，用长短不等的带有箭头且相互平行的线段表示各层液体的流动速度，流体的这种形变称为切变。
液体流动时有速度梯度dν/dy存在，运动较慢的液层阻滞较快层的运动，因此产生了流动阻力。
为了维持稳定的流动，保持速度梯度不变，则要对上平板施加恒定的力，此力称为切力。
根据实际测定的数据所知，流体层间的内摩擦力F与板的接触面积A及流体层的相对流速dν成正比，而与此二流体层间的距离dy成反比。
即：
F=μAdν/dy
式中μ为衡量流体粘性的比例系数，称为绝对粘度或动力粘度，它直接表示流体的粘性即内摩擦力的大小，可理解为当液体以1cm/s的速度流动时，在每1cm2平面上所需剪应力的大小；
dν/dy表示流体层间速度差异的程度，称为速度梯度。
若以τ=F/A表示单位面积上的切力，D表示速度梯度dν/dy，则有：
τ=F/A=μdν/dy=
μ
D
上式是液体内摩擦定律的数学表达式。
当速度梯度变化时，μ为不变常数的流体称为牛顿流体，μ为变数的流体称为非牛顿流体。
牛顿流体的特点是粘度μ
只与温度有关，在定温下有定值，不应τ或D值的变化而变化。
鉴于粘度的重要性，人们给它一个专用的单位P（泊），它是剪切应力以N/m为单位，剪切速率以s-1为单位时求得的粘度单位。
动力粘度μ的国际（SI）计量单位为“牛顿·
秒/米2”，符号为“N·
s/m2”；
或为帕·
秒，符号为Pa·
s；
运动粘度是绝对粘度μ与密度ρ的比值：
ν=μ/ρ。
运动粘度ν没有什么明确的物理意义，它不能像μ一样直接表示流体的粘性大小，但对ρ值相近的流体，可用来大致比较它们的粘性。
由于在理论分析和计算中常常碰到绝对粘度与密度的比值，为方便起见才采用运动粘度这个单位来代替μ/ρ。
它之所以被称为运动粘度，是因为在它的量纲中只有运动学的要素长度和时间因次的缘故。
运动粘度的单位是“厘米2/秒”，也称为斯托克斯（St）。
有时使用厘斯（cSt）为单位，它们之间的换算关系是：
1斯托克斯=100厘斯
机械油的牌号上所标明的号数就是以厘斯为单位的，表示在温度为50℃时运动粘度ν的平均值。
例如10号机械油指明该油在50℃时其运动粘度ν的平均值是10cSt。
蒸馏水在20.2℃时的运动粘度ν恰好等于1cSt。
7.1.2粘度的单位
目前，在有关文献中墨水的粘度单位比较混乱，如厘泊（符号为cp）、帕·
秒（符号为Pa·
s）、毫帕·
秒（mPa·
s）、泊（p）、牛顿·
秒/米2（符号为N·
s/m2）、达因·
秒/厘米2（符号为dyn·
s/cm2）、克/厘米·
秒（符号为g/cm2·
s）等等，给使用和比较上带来许多麻烦。
鉴于粘度的重要性，我们在此对粘度单位进行详细的介绍。
绝对粘度μ即动力粘度，简称粘度。
在公式F=μAdν/dy中，若力F的单位用牛顿，面积A的单位用平方米，速度ν的单位用米/秒，则可以得出粘度μ的国际（SI）计量单位为“牛顿·
s/m2”，也可表示为“kg/m·
s”
由于压力的单位是“牛顿/米2”，符号为“N/m2”，并给以专用名称帕斯卡（简称帕，符号Pa）。
因此粘度的单位又可表示为“帕·
秒”，符号为Pa·
s，它是国际（SI）单位制的导出单位，即：
1N·
s/m2=1kg/m·
s=1Pa·
s
鉴于粘度的重要性，在国际（SI）单位制以外，人们给它一个专用的单位泊（读po，符号为p）：
1泊（p）=1克/厘米·
秒（g/cm2·
s）=1达因·
秒/厘米2（dyn·
s/cm2）
它们之间的换算关系为：
1泊（p）=100厘泊（cp）=1000毫泊（mp）=0.1帕·
秒（Pa·
s）
目前在墨水的粘度单位中，最常用的是Pa·
s和cp，不难推出：
1帕·
s）=1000厘泊（cp）
1毫帕·
s）=1厘泊（cp）
7.1.3一些物质的粘度
在墨水化学中，目前经常使用的粘度单位是厘泊（cp）。
一些常用物质的粘度数据如表7.1所示：
表7.1常用物质的粘度（单位：
cp）
物质
0℃
10℃
20℃
50℃
100℃
水
1.005
乙醇
1.78
1.46
1.19
0.701
0.326
乙二醇
56.99
19.9
1.99
甘油
12100
3950
1499
松节油
1.783
1.487
0.926
蓖麻子油
2400
987
129
正丁醇
5.19
3.87
2.95
1.41
0.54
异丙醇
4.60
3.26
2.37
为了调节粘度或者提高墨水的保湿性能，甘油是经常使用的添加剂。
不同浓度时甘油水溶液的绝对粘度如表7.2（单位：
cp）：
表7.2不同浓度甘油水溶液的绝对粘度
甘油（重量%）
25℃
30℃
0.00
0.893
0.800
10.00
1.311
1.153
1.024
20.00
1.769
1.542
1.360
30.00
2.501
2.157
1.876
40.00
3.750
3.181
2.731
50.00
6.050
5.041
4.247
60.00
10.96
8.823
7.312
70.00
22.94
17.96
14.32
80.00
62.00
45.86
34.92
90.00
234.6
163.6
115.3
100.00
945
624
中性墨水的粘度，一般推荐的范围是1000~4000cp之间。
有人认为，黑色墨水在1000~3000cp之间，蓝色墨水在1000~1600cp之间，红色墨水在1000~1800cp之间。
表观上要求可调范围宽，在冬夏季温度变化时，能够适时调整。
中性墨水的粘度对中性笔的出水性能、稳定性能及配合其它参数产生重要作用。
在喷墨印墨中，粘度与表面张力一起影响墨滴的形成。
粘度高，会使断裂的尾巴拖长呈拉丝状；
粘度太小则微滴易破碎。
受粘度影响的还有液滴的喷射速度，若粘度太高，会使喷射速度降低，甚至墨滴不能击中被印基质的相同点之上。
与传统印花色浆相比，用于喷墨印花的印墨应具有非常低的粘度。
7.1.4流体的四种流型
流体有四种流型，即牛顿型、胀型、假塑型和塑性流动型。
图7.2表示出了四种常见类型的流体的剪切应力τ与剪切速率dν/dy之间的关系曲线（a线为牛顿型流体）。
图7.2流体的四种流型：
a-牛顿型、b-塑性型、c-假塑性型、d-胀性型
牛顿流体（Newtonianfluid）是指在很小的外力作用下能流动的流体。
作用在流体上的力越大，则其流动速度也越大，并成正比例关系。
其粘度并不因剪切速率变化而变化，既即非时间相关，也非剪切相关。
牛顿流体是理想流体，在任一给定的温度下，在很宽的剪切速率范围内，其粘度保持恒定。
接近这种理想状态的液体如墨水工业的许多原料，诸于水、溶剂、矿物油一般都属于牛顿型液体。
而中性墨水、油墨等不属于牛顿型液体。
与牛顿型流体不同，非牛顿型流体的剪切应力与剪切速率之间的关系τ～dν/dy曲线是多种多样的。
根据剪应力与剪切速率关系的不同，可将非牛顿型流体区分为若干类型，如塑性流体、假塑性流体、胀塑性流体等。
塑性流体（plasticfluid）是指在施加剪切力时，在剪切应力τ与剪切速率dν/dy之间的关系曲线不超过某一极小值以前不发生流动（可能变形），此剪切力的极小值是该流体发生流动所必须超越的障碍；
当剪切力超过这一极小值后流体才开始流动。
塑性流体具有屈服值及触变性的特性，由不流动到流动所需的剪切力的最小值称为屈服值，此时所加的剪切应力称为屈服应力。
假塑性流体pseudoplasticflluid是指在外力作用下，其粘度会因剪切速率的增大而减小的流体，即所谓剪切变稀，其流变行为非时间相关但是剪切相关。
大多数非牛顿型流体属于此种类型，其中包括高分子溶液或熔融体、涂料、油漆、油脂、淀粉溶液等。
胀性流体（dilatantfluid）是指在外力作用下，其粘度会因剪切速率的增大而上升的流体，但在静置时，能逐渐恢复原来流动较好的状态。
这类流体在流动时，表观粘度随剪切速率的增大而增大。
某些湿沙，含有硅酸钾、阿拉伯树胶等的水溶液均属于胀塑性流体。
7.1.5流体的触变性
上述几种体系都有一个共同特点，即其流变曲线都可用τ=ƒ（D
）的函数关系来描述，其中不含有时间因素，即与流体发生的切变时间无关。
但某些流体的粘度不仅与切变速度大小有关，而且与体系遭受的切变时间长短有关，它们是时间依赖性流体。
此种流体又分为两类，即触变性体系和震凝体系，这两种体系都是非牛顿流体，但切变与时间有关。
触变性（thixotropy，thixotropic）是指流体由于受力运动（例如搅拌）而引起粘度变化但静置能复原的性质。
简单来讲，触变性就是受到剪切时，稠度变小，停止剪切时，稠度又增加的性质。
如中性墨水在静置时呈胶状，而受到触动时粘度发生变化的一种性质，又称摇变性。
施加剪切应力时发生塑性流动（或假塑性流动），除去剪切应力后，体系的粘度有恢复原状的物质称之为触变性物质。
触变性的一个重要标志是物体保持静止后有重新稠化的可逆过程，加入特定的流变添加剂可以精细地调节配方的流动性。
震凝型流体与触变型相反，该流体能在剪切作用下变稠。
剪切取消后，也要滞后一段时间才恢复变稀。
绝大多数时间依赖性流体是触变型流体，塑性流动和流体触变性都与体系的内部结构有关，当搅动或摇动时，体系的内部结构会暂时发生破坏，静止后有恢复原状，这种特征被认为是“凝胶→溶胶→凝胶”之间转换的等温可逆过程。
粘度与触变性是两个不同的物理概念，可
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