纖維亞濃懸浮液的流變性能.pdf

1、纖維懸浮流是含有較小的細(xì)長(zhǎng)圓柱狀固態(tài)的纖維粒子包含在液體或氣體中而形成的混合流，在化工、紡織、復(fù)合材料、醫(yī)藥機(jī)械、造紙、環(huán)保等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，纖維懸浮流的研究還涉及多個(gè)學(xué)科分支，具有重要的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。本論文對(duì)較大長(zhǎng)徑比下的亞濃相纖維懸浮體系的流變性質(zhì)做了詳細(xì)研究，并對(duì)比和分析了纖維/硅油懸浮體系與納米炭黑/硅油懸浮體系的流變性能。 論文首先利用RV--2型共軸圓筒旋轉(zhuǎn)粘度儀研究了纖維/硅油體系的流變行為。將尼龍長(zhǎng)絲(11×

2、12tex)切成長(zhǎng)徑比分別為40、100、200、400的短纖維，并配制成質(zhì)量濃度為1mg/mL-6mg/mL的懸浮液，懸浮液均處于亞濃相。測(cè)定了不同溫度和不同剪切速率下各體系的粘度。硅油是一種性能穩(wěn)定的牛頓流體，添加了纖維以后，懸浮體系表現(xiàn)出一定的非牛頓性。實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)徑比較大的纖維亞濃懸浮體系，其粘度在低切變速率下的變化較明顯。體系粘度在低剪切速率時(shí)隨剪切速率的增加而增加，中等剪切速率水平時(shí)出現(xiàn)剪切變稀，最后在高剪切速率時(shí)逐步達(dá)到穩(wěn)

3、定值。長(zhǎng)徑比較小的纖維懸浮體系粘度隨剪切速率的增加變化不是很明顯。體系粘度隨纖維濃度的增加而增加，在低切變速率時(shí)表現(xiàn)最明顯。同等纖維濃度下，纖維的長(zhǎng)徑比越大，體系粘度增加越多。體系粘度隨溫度的增加而降低，但不同濃度的粘流活化能變化不大。 研究了纖維/PVA水溶液懸浮亞濃體系的流變性能。制備了濃度為10％的PVA(聚乙烯醇)水溶液，并進(jìn)行了流變測(cè)量實(shí)驗(yàn)。纖維/PVA水溶液是非牛頓體系，體系粘度對(duì)剪切速率的依賴性強(qiáng)，符合冪律模型：η

4、=kγ<'n-1>。在20℃和30℃時(shí)表現(xiàn)出很明顯的剪切變稀行為，粘度隨剪切速率的增加下降很快，40℃以上和高剪切速率時(shí)體系粘度才趨于穩(wěn)定，接近牛頓流體的性質(zhì)。體系粘度隨纖維質(zhì)量濃度的增高而增加，小長(zhǎng)徑比的纖維懸浮體系對(duì)濃度依賴性更強(qiáng)，大長(zhǎng)徑比的纖維體系由于更容易出現(xiàn)剪切變稀，使得高剪切速率時(shí)纖維質(zhì)量濃度高的體系粘度反而低于纖維質(zhì)量濃度低的體系的粘度。懸浮體系的粘度隨溫度的變化符合Arrhenius方程，隨溫度升高，粘度以指數(shù)形式降低。

5、纖維質(zhì)量濃度高的體系粘流活化能較大，但由于體系均為亞濃相，總體變化并不大。最后一章研究了納米流體--炭黑/硅油懸浮體系的流變性能，并與纖維懸浮體系的流變行為做了比較。在炭黑質(zhì)量濃度不高的情況下，炭黑/硅油懸浮體系對(duì)剪切速率的依賴性不強(qiáng)，表現(xiàn)為準(zhǔn)牛頓流體的性質(zhì)。這是因?yàn)樘亢诹Ｗ恿捷^小，粒子與流體的作用力較小，粒子間距較大，粒子間相互作用的機(jī)會(huì)和時(shí)間比較小(少)，對(duì)流體粘度貢獻(xiàn)小，故同等濃度下，炭黑懸浮液的粘度比纖維懸浮液的粘度小，也較穩(wěn)