剪切速率與剪切應(yīng)力時(shí)表征體系流變性質(zhì)的兩個(gè)基本參數(shù)。

在流速不太快時(shí)，可以將流動(dòng)的液體視為由若干相互平行移動(dòng)的液層所組成，液層之間沒(méi)有物質(zhì)交換，這種流動(dòng)方式叫層流。由于各層的速度不同，便形成速度梯度dv/dh，或稱為剪切速率γ。單位s-1。

流動(dòng)速度較慢的液層會(huì)阻滯流動(dòng)較快液層的運(yùn)動(dòng)，使各液層間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力叫剪切力，在單位液層面積上所需施加的這種力稱為剪切應(yīng)力τ。單位N?m-2，即Pa。

粘度η是反應(yīng)物質(zhì)流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦大小的物理量。粘度有多種表示方法，例如動(dòng)力學(xué)粘度、運(yùn)動(dòng)粘度。

流體的分類

根據(jù)流動(dòng)和變形形式不同，將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。牛頓流體遵循牛頓流動(dòng)法則，非牛頓流體不遵循該法則。在高分子液體范疇內(nèi)，可以粗略地把非牛頓流體分為純粘性流體、粘彈性流體、有時(shí)間依賴性的流體等。大多數(shù)高分子熔體、高分子溶液是非線性粘彈性流體。觸變性流體、震凝性流體則屬于流動(dòng)性質(zhì)有時(shí)間依賴性的體系。

牛頓流體

實(shí)驗(yàn)證明，純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力 τ 與剪切速率γ成正比，下式為牛頓粘性定律，遵循該法則的液體為牛頓流體。

根據(jù)公式可知牛頓液體的剪切速率與剪切應(yīng)力τ 之間呈直線關(guān)系，且直線經(jīng)過(guò)原點(diǎn)。這時(shí)直線的斜率表示粘度，粘度與剪切速度無(wú)關(guān)，只要溫度一定，粘度就一定。 

塑性流體

塑性流體（Bingham塑性體）的流動(dòng)曲線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，在剪切應(yīng)力τ軸上的某處有交點(diǎn)，將曲線外延至0，在τ軸上某一點(diǎn)可以屈服值（yield value）。當(dāng)剪切應(yīng)力達(dá)不到屈服值以上時(shí)，液體在剪切應(yīng)力作用下不發(fā)生流動(dòng)，而表現(xiàn)為彈性變形。當(dāng)剪切應(yīng)力增加至屈服值時(shí)，液體開(kāi)始流動(dòng)，剪切速率和剪切應(yīng)力τ呈直線關(guān)系。液體的這種變形稱為塑性流動(dòng)（plastic flow）。引起液體流動(dòng)的最低剪切應(yīng)力為屈服值τ0。 

有些Bingham塑性體，在外應(yīng)力超過(guò)屈服應(yīng)力開(kāi)始流動(dòng)后，流動(dòng)規(guī)律遵循牛頓粘度定律，被稱為普通Bingham流體。其粘度被稱為塑性粘度。另一些Bingham塑性體，一旦開(kāi)始流動(dòng)后，流動(dòng)行為并不遵循牛頓粘度定律，其剪切粘度隨剪切速率發(fā)生變化，被稱為非線性Bingham流體。

牙膏、油漆是典型的塑性流體。牙膏的特點(diǎn)是不擠不流，只有外力大到足以克服屈服應(yīng)力時(shí)，才開(kāi)始流出。油漆在涂刷過(guò)程中，要求涂刷使粘度要小，停止涂刷時(shí)要不出現(xiàn)流掛，因此要求其屈服應(yīng)力足夠大到可以克服重力對(duì)流動(dòng)的影響。

假塑性流體

隨著剪切速率值的增大而粘度下降的流動(dòng)稱為假塑性流動(dòng)，具有這種性質(zhì)的流體稱為假塑性流體或剪切稀化（shear thinning）型流體。絕大多數(shù)粘彈性流體都屬于假塑性流體，如聚合物溶液、聚合物熔體、油漆、涂料等等，當(dāng)原油在凝點(diǎn)以下，以及稠油都會(huì)表現(xiàn)出一定的假塑性。 

典型的假塑性流體的流動(dòng)曲線中分為三個(gè)區(qū)域：當(dāng)剪切速率接近0時(shí)，流體流動(dòng)性質(zhì)與牛頓型流體相似，粘度趨于常數(shù)，稱為零剪切粘度η0。這一區(qū)域稱為線性流動(dòng)區(qū)，或第一牛頓區(qū)。零剪切粘度是物料的一個(gè)重要材料常數(shù)，與材料的平均分子量、粘流活化能相關(guān)，是材料最大松弛時(shí)間的反映。

當(dāng)剪切速率超過(guò)某個(gè)臨界剪切速率后，材料流動(dòng)性質(zhì)出現(xiàn)剪切變稀行為，這個(gè)區(qū)域是高分子材料加工的典型流動(dòng)區(qū)。這時(shí)曲線上一點(diǎn)的切線與縱坐標(biāo)的交點(diǎn)類似塑性流體的屈服點(diǎn)，故稱為假塑性區(qū)域，或非牛頓流動(dòng)區(qū)，或剪切變稀區(qū)域。

當(dāng)剪切速率非常高，剪切速率又會(huì)趨于另一個(gè)定值，稱為無(wú)窮剪切粘度，該區(qū)域被稱為第二牛頓區(qū)。實(shí)際上這一區(qū)域很難達(dá)到，因?yàn)樵诖酥埃鲃?dòng)已經(jīng)變得極不穩(wěn)定，甚至被破壞。

脹流性流體

脹流性流體的主要特征是剪切速率很低時(shí)，流動(dòng)行為類似牛頓流體；剪切速率超過(guò)某一個(gè)臨界值后，剪切粘度隨剪切速率增大而增大，呈剪切變稠效應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生剪切變稠時(shí)，流體表觀“體積”略有膨脹，故稱為脹流性流體。

大多數(shù)脹流性流體為多相混合體系，其中固體物含量較多，且侵潤(rùn)性不好，當(dāng)發(fā)生剪切變稠時(shí)，流體內(nèi)多形成新的結(jié)構(gòu)。以泥沙的脹流性行為來(lái)理解：通常狀態(tài)下，不規(guī)則的泥沙顆粒緊密堆砌，顆粒間有一定間隙，其中充有流體，起潤(rùn)滑劑作用。當(dāng)收到外力作用，原來(lái)的緊密堆砌結(jié)構(gòu)被破壞，形成新的結(jié)構(gòu)。不規(guī)則的泥沙顆粒因“位錯(cuò)”而是空隙變大，體系“膨脹”。原有對(duì)固體粒子流動(dòng)起潤(rùn)滑作用的流體滲入下方的空隙中，使上部的流體顯得不足，從而使流動(dòng)更加困難，“粘度”增大。