流变学的重要性

在前两次的分享中，我们从日常生活角度探讨了控制粘度如何深刻影响着我们的生活与社会。流变学作为研究物质流动与变形行为的科学，在其中扮演着至关重要的角色。该领域的研究已成为工业界（如聚合物、涂料、油墨等）和生物领域（如生物组织、食品、天然纤维等）开发过程中的核心技术。值得一提的是，"Rheology"（流变学）中的词根"rheo"源于希腊语，意为"流动"。

流变学常被称为"连接基础研究与应用开发的桥梁"。当下，解析单一物质化学特性的技术正突飞猛进。随之而来的是，人们自然开始尝试将具有A特性、B特性、C特性等的物质进行合成，以创造全新特性。在突破性工业产品的开发中，创造具有全新特性的物质往往是关键的一环。

在这些新型特性物质的应用过程中，无论是功能确定还是实际投产，深入探究其物理性质都极为重要。这正是流变学大显身手之处。然而现实中，粘度与粘弹性等流变学指标往往难以准确把控。正如后文所述，要完成精确测量必须具备专业的知识和技术。

粘度测定真的很难吗？

无论是油漆还是食品质地，若只需判断其粘度是否适合实际应用，通过实际试用便可一目了然。但这些产品并非总是在恒定条件下使用。使用者的施力大小、使用环境温度、设备类型等因素都会影响油漆的流挂状态或食物口感。反过来说，这正揭示了粘度测量的难点所在。若缺乏对物性的认知，或采用不当的测量方法，很可能得到错误的结论。

接下来让我们以液体流变学为基础，简要总结粘度测量的要点。

粘度是"表征液体流动阻力或粘稠程度的物质常数"，又称粘性系数或粘度。当施加外力促使液体流动时，其内部产生摩擦而逐渐停止流动的特性即为粘性，这种抵抗流动的性质可用公式表示为：粘度＝剪切应力／剪切速率。在测量此类物性时，若液体的流动速度或推力发生变化，但采用任何测量方式都能获得相同粘度值（即粘度不随剪切速率和时间变化的流体），则称为"牛顿流体"。

▼剪切速率

剪切速率表示剪切变形随时间的变化率，是应变速率的一种形式。其定义为流动方向上单位距离内的速度变化，即速度梯度。

▼剪切应力

剪切应力指作用于流动平面单位面积上的力。

需要注意的是，并非所有液体都符合这个本构方程。甚至可以说，工业领域广泛应用的高分子液体绝大多数都不符合该方程。其异常性体现在：粘度会随剪切速率和时间发生变化。这类流体被称为"非牛顿流体"。以油漆施工为例，刷涂速度（剪切速率）越快，油漆粘度越低，施工更顺畅；涂覆后剪切速率降为零，粘度便恢复至较高水平。这种特性同时实现了顺滑的涂刷手感与抗流挂性。像这样在恒定剪切速率下表观粘度随时间下降，撤去剪切应力后逐渐恢复的特性称为"触变性"。与之相反，在恒定剪切速率下表观粘度增加的特性称为"震凝性"。非牛顿流体除上述具有时间依赖性的两类流变特性外，还包括假塑性、胀流性、塑性（宾汉姆型/非宾汉姆型）等类型。

欢迎活用我们丰富的测量经验

在流变学测量中，准确判定对象属于"牛顿流体"还是"非牛顿流体"，若属非牛顿流体还需明确其具体特性。若不能合理选择检测方法、测量设备和条件参数，不仅难以获得准确结果，还可能耗费大量时间。如前所述，对材料流动性（粘度）的合理管控已成为现代核心产业乃至日常生活中不可或缺的技术。此外，针对凝胶等胶体和高分子类高价值原料，如今不仅需要控制"液体的流动阻力或粘稠程度"，还需同步调控粘弹性。在进行高级流变学测量时，采用"流变仪"或针对食品质地测量的"蠕变仪"等设备，往往是获得有效验证结果的重要保证。