剪切稀化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
剪切稀化的實例教程
要點
作用在流體上引起剪切流的外力稱為剪切應力。
屈服應力是流體達到結構化流動時所施加的應力。
在剪切增稠流體中，剪切稀化行為的破壞發生在臨界剪切應力下，并隨著粘度的增加而在流體行為中帶來類似固體的轉變
在剪切稀化流體中，粘度發生大幅下降時的剪切應力值稱為臨界剪切應力
流體變形與力和時間有關。流變學是對流動以及變形如何與力和時間相互關聯的研究。流變學研究涉及固體變形、液體流動和粘彈性材料的行為，顯示固體和液體的特性。
在研究流體變形時，您可能會遇到不同的牛頓和非牛頓流體行為。兩種這樣的行為是剪切稀化和剪切增稠。臨界剪切應力表示剪切稀化流體行為變化的開始。在剪切增稠中，在臨界剪切應力下觀察到類固體轉變。
在本文中，我們將研究臨界剪切應力對剪切稀化和稠化流體的影響。
剪切流、剪切應力、剪切應變和剪切速率
在剪切流和拉伸流中，前者是最常見的流動行為。在剪切流中，流體層彼此滑動的速度大于其下方層的速度。最大速度位于頂層，底層靜止。
作用在流體上引起剪切流的外力稱為剪切應力。表示的剪切應力是每單位面積的力。
流體層上的位移梯度稱為剪切應變。當剪切應力在剪切應力的作用下繼續增加時，就會產生速度梯度。
速度梯度，也稱為剪切率或應變率，是應變隨時間的變化率。流體的行為隨剪切速率或剪切應力的值而變化。其中一種行為是剪切稀化。
剪切稀化和臨界剪切應力
剪切稀化是非牛頓流體中常見的行為。它也稱為假塑性流動。剪切稀化是由流體中微觀結構水平的重新排列造成的。在施加剪切應力的平面中發生的重新排列改變了流體的行為。在剪切稀化流體中，隨著施加的應力增加，流體速度降低。
展開 這些結果充分證明，梯形聚合物能夠同時兼具LDPE優異的剪切稀化特性和LDPE/LLDPE共混物良好的熔體強度，非常適合吹塑薄膜的生產應用。
這些結果充分證明，梯形聚合物能夠同時兼具LDPE優異的剪切稀化特性和LDPE/LLDPE共混物良好的熔體強度，非常適合吹塑薄膜的生產應用。
熔融指數儀在標準化的溫度、負荷（通常為2.16kg，5kg等）和口模尺寸下，測量10分鐘內從口模擠出的熔體質量（MFR，單位g/10min）或體積（MVR）。MFR值與熔體粘度呈反比關系，即MFR值越高，表明材料在該測試條件下的粘度越低。此方法優點是設備成本低、操作簡單快捷、標準化程度高，被廣泛用于來料檢驗和品質控制。但其主要缺點是只能在單一低剪切速率（約10-50 s?1）下提供數據，無法反映實際加工中寬廣剪切速率范圍內粘度的變化（剪切稀化行為）。
旋轉流變儀和毛細管流變儀則用于獲取全面流變數據。旋轉流變儀（通常采用平行板或錐板夾具）可在很寬的頻率（剪切速率）范圍內施加振蕩剪切，精確測量材料的復數粘度、儲能模量（G'） 和損耗模量（G''），從而深入表征材料的粘彈性。毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數（n）等關鍵參數。這些數據對于計算機輔助工程（CAE）模擬和精確的工藝優化極為有價值。
國高材分析測試中心流變研究室
高壓毛細管流變儀（左）、轉矩流變儀（右）
轉矩流變儀是一種模擬實際加工過程的綜合測試設備。物料在混合腔中經加熱、剪切，儀器通過測量驅動轉子所需的轉矩來反映物料的表觀粘度（轉矩越高，粘度越大）。通過分析“轉矩-時間”曲線，可獲取塑化時間、平衡轉矩及熱穩定性等關鍵加工參數。該設備還可通過配套的擠出脹大實驗，間接評估與熔體強度相關的熔體彈性（脹大比越大，彈性越強）。它尤其適用于評價共混、填充等配方的綜合加工性能，是連接實驗室數據與生產實踐的重要工具。
工程案例
吹膜工藝是體現熔體強度重要性的典型場景。
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旋轉流變儀和毛細管流變儀則用于獲取全面流變數據。旋轉流變儀（通常采用平行板或錐板夾具）可在很寬的頻率（剪切速率）范圍內施加振蕩剪切，精確測量材料的復數粘度、儲能模量（G'） 和損耗模量（G''），從而深入表征材料的粘彈性。毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數（n）等關鍵參數。這些數據對于計算機輔助工程（CAE）模擬和精確的工藝優化極為有價值。
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轉矩流變儀是一種模擬實際加工過程的綜合測試設備。物料在混合腔中經加熱、剪切，儀器通過測量驅動轉子所需的轉矩來反映物料的表觀粘度（轉矩越高，粘度越大）。通過分析“轉矩-時間”曲線，可獲取塑化時間、平衡轉矩及熱穩定性等關鍵加工參數。該設備還可通過配套的擠出脹大實驗，間接評估與熔體強度相關的熔體彈性（脹大比越大，彈性越強）。它尤其適用于評價共混、填充等配方的綜合加工性能，是連接實驗室數據與生產實踐的重要工具。
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剪切稀化的最新內容
未添加二烯的線性聚合物樣品在末端區（ω → 0）表現出完全發展的類液體粘彈性響應，且僅呈現有限的剪切稀化現象，這與相同分子量和分散度的線性聚乙烯的預期行為相符。隨著癸二烯添加量的增加，材料的剪切稀化效應顯著增強。特別值得注意的是，梯形聚合物在低頻區表現出高復數粘度和強剪切稀化特性。這些流變特性對保證制品在加工冷卻過程中的尺寸穩定性至關重要，同時也有助于實現高生產效率和低能耗加工。
擠出的剪切速率范圍較寬，因此需要關注材料粘度的剪切稀化行為，以平衡生產效率和產品質量。
熔體強度則在涉及拉伸變形的加工工藝中起著決定性作用。在吹塑成型中，型坯（parison）在自身重量下的下垂行為和吹脹過程中的均勻性直接取決于熔體強度。高熔體強度可以防止型坯過度拉伸和破裂，確保容器壁厚均勻。
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帥臣：對，這可能是職業病吧，看到游戲中有關流動的現象就會很自然地聯想到這種現象是如何產生的，因為人體內的血液是比較典型的剪切稀化流體，而虎先鋒的血池內的血液是在體外的，可能會凝固，力學性質就復雜了。
朦朦：工程上，人們對于非牛頓流體的模擬，提出了很多經驗性質的模型來表示粘性和應力應變的關系，比如冪次模型、交叉模型等。
</p><p>? 復雜流體模型：內置了粘塑性模型，包含賓漢流體、剪切稀化和觸變性；粘彈性模型，包含Oldroyd-B 流體模型、Giesekus流體模型和PTT 流體模型，可滿足非牛頓流體的計算需求；水合物模型，包括：生成模型、變異模型(輕碳至甲烷)、水合物形成中的釋熱模型、流變模型、分解模型、固體水合物融化模型。
其中一種行為是剪切稀化。
剪切稀化和臨界剪切應力
剪切稀化是非牛頓流體中常見的行為。它也稱為假塑性流動。剪切稀化是由流體中微觀結構水平的重新排列造成的。在施加剪切應力的平面中發生的重新排列改變了流體的行為。在剪切稀化流體中，隨著施加的應力增加，流體速度降低。存在一個特定的剪切應力值，在該值處觀察到粘度大幅下降，該值稱為臨界剪切應力。
剪切稀化流體在低剪切速率下表現出恒定的粘度值。
LSR 之材料特性與成型過程介紹
■型創科技/ 劉文斌 技術總監
液態硅烷橡膠的特性
液態硅烷橡膠(Liquid Silicone Rubber, LSR) 是種無毒、耐熱性、具高回彈性的柔軟熱固性材料，其流變行為的主要表現為具低黏度、可快速固化、剪切稀化現象以及較高的熱膨脹系數值。
DIW允許通過將活性材料顆粒與溶劑和粘合劑混合，形成剪切稀化的油墨，然后可以在高剪切力下擠出，但在擠出后保持穩定，從而方便地制造許多不同的材料。有機溶劑和粘合劑通常在加工后的熱處理中被去除。擠壓方法已被用于3D打印電極，包括LFP和LTO作為鋰離子電極，硫復合材料作為Li-S陰極，孔狀氧化石墨烯作為Li-O2陰極，以及Na3V3（PO4）3復合材料作為Na離子電極。
指定參數View Properties 為Viscosity law
指定Shear Rate Dependence為Cross
指定Zero Shear Viscosity為85000
指定Time Constant為0.2 s
指定Cross Law Index為0.3
Cross模型常用于許多聚合物材料特性模擬，其材料特性表現為剪切稀化
