PDF《在线粘度测量中的流变学问题》

1000 s -1 ,因此实际使用中,需要根据流体的流变学特性正确选用. 1.2.4 注塞式 这类在线粘度计是利用一个在流体中水平或垂直运动的活塞,测量活塞在固定位置内的运动时间来计 算出流体的粘度. 这类粘度计是断续式的测量,并不是完全意义上的在线测量;

同时由于是依靠活塞的运动,因此流体 自身的流动将对测量产生一定的影响. 综上所述,各类在线粘度计的测量原理不同,适用的流体和工艺条件也各不相同,需要根据测量流体 的流变学特性和现场工艺条件进行选择,不能随意确定,以免造成不必要的损失.

2 流变学和流体类型 2.1 流变学和粘度 流变学研究的是物研究在外力作用下,物体的变形和流动的学科,研究对象主要是流体.而粘度是流 变学中一个很重要的基本概念, 粘度是流体流动力对其内部摩擦现象的一种表示, 粘度大表现内摩擦力大. 分子量越大,碳氢结合越多,这种力量也越大,因此粘度经常用来表征分子量、聚合程度、有效成份含量 等. 在实际测量中,往往会发现同一个流体的粘度值会有不同,开始怀疑是不是仪器有问题,其实这是粘 度测量中的正常现象,这可以用流变学理论来具体分析. 2.2 流体类型 流体分为牛顿流体和非牛顿流体,牛顿流体是指流体的粘度不随测量时的剪切率条件变化而变化,换 一句话说,如果是用同样的测量方法和仪器,在不同的转速下测量,粘度是不变的;

而非牛顿流体是指流 体的粘度随着测量时剪切率条件变化而变化. 常见的牛顿流体或接近牛顿流体的有:水、有机溶剂、汽油、柴油等小分子的流体或溶液.一般这类 流体的测量采用毛细管式的居多. 目前,实际测量的流体大部分都是非牛顿流体,而非牛顿流体又可按照流变特性(按剪切率的变化) 的不同分为:剪切变稀和剪切变稠 [1] .见图

1、

2、3. 图1 牛顿流体 图2 非牛顿流体 剪切变稀 图3 非牛顿流体 剪切变稠 而测量的化工产品大部分流体又以剪切变稀的居多,聚合物、高分子材料等的熔体或溶液都是. 因此,我们常常说: 粘度不是一个点,而是一条曲线 .既然是一条曲线,那么到底取那个点更合适, 或者说测量到底是在哪个点上?这就需要根据仪器的测量原理和测试条件具体分析了. 单从流体的流变特性和粘度测量的目的来看,常用的原则是选用低剪切条件下的测量值,这样可以流 体在低剪切下测量,剪切变稀的现象不太明显,使粘度指标的灵敏性得到充分利用,提高监测的灵敏度. 图4东菱化工流体产品粘度-剪切率曲线 如图

4 所示的是东菱化工的两个不同产品,从流变曲线可以发现,这两个产品是剪切变稀的非牛顿流 体,在低剪切时蓝色样品粘度比红色样品要高,而随着剪切率的提高,两者粘度同时下降,但下降趋势不 同,在剪切率大于

1500 s -1 后,两者的粘度大小关系正好相反,因此该客户试用振动式在线粘度计时,由 于仪器固有的剪切率较高,因此和最终产品的检验结果差异非常大,大小关系也正好相反,而选用旋转式 在线粘度计后,测量的结果和最终产品的检验结果相符,同时,在线粘度值作为反应终点判断的灵敏度也 很高,获得了预期的在线测量目的.类似的应用实例在国内外的文献 [1][2][3] 中都有阐述.

3 在线粘度计的应用 根据以上的仪器测量原理和流变学的理论和实际现象,本人认为在选用在线粘度测量仪器时,首先需 要对测量流体的流变特性有一定的了解,根据被测流体的实际情况来选择相应合适的仪器,而不能随意选 用在线粘度计,以免造成不必要的损失. 根据一些行业的实际应用情况,简单做了一些归纳,供大家参考: