弄懂鋰電池漿料必須了解的理論知識（二）

接《弄懂鋰電池漿料必須了解的理論知識（一）》，繼續(xù)介紹。

3.流變學(xué)

流變學(xué)自16世紀(jì)開始萌芽，直到1928年美國物理化學(xué)家賓漢(E. C. Bingham)及巴勒斯坦學(xué)者雷納(Refiner)命名流變學(xué)(rheology)開始將流變學(xué)變成一門獨(dú)立學(xué)科。

經(jīng)典力學(xué)中，將流動(dòng)與變形劃分為兩個(gè)不同范疇的概念，流動(dòng)為液態(tài)屬性，變形則為固態(tài)屬性。但是經(jīng)典力學(xué)的定義并不適合實(shí)際的材料使用，許多制品在變形中會(huì)產(chǎn)生黏性損耗，流動(dòng)時(shí)具有彈性記憶效應(yīng)，這類材料同時(shí)具備固體變形和液體流動(dòng)的特性，在不同的外界環(huán)境下，表現(xiàn)出不同程度的流變性質(zhì)。

對于簡單流體或簡單彈性體，流變性質(zhì)表現(xiàn)主要為三種形式虎克彈性、賓漢塑性、牛頓黏性。拉伸流動(dòng)與剪切流動(dòng)均屬于簡單流動(dòng)，然而流體流動(dòng)的方式并不僅限簡單流動(dòng)。穩(wěn)定的剪切流動(dòng)類似于流體處于兩塊平行板間的流動(dòng)，若在平行板間施加作用力，流體即產(chǎn)生流動(dòng)速度梯度，流體內(nèi)任一y坐標(biāo)流體流動(dòng)的速度υy正比于其坐標(biāo)y:

(7)

則剪切引起的剪切速率γ為

(8)

由于υ=u/t，其中u為位移，則速度梯度可寫為

(9)

要保持流體作上述剪切流動(dòng)，須施加應(yīng)力克服各層流體流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，不同的流體阻力并不相等。若將剪切應(yīng)力對剪切速率作圖，可將流體的流變行為略分為四種類型牛頓流體、假塑性流體、膨脹性流體及賓漢流體。描述中等剪切速率下的黏性流體方程最簡單的流體模型為

(10)

K為流體常數(shù)因子，K愈大時(shí)流動(dòng)阻力愈高；n為流體指數(shù)。對于大多數(shù)流體而言，剪切速率γ在并不是太廣泛的范圍時(shí)可視為常數(shù)。因此,

當(dāng)n=1時(shí)，流體為牛頓流體；

當(dāng)n<1時(shí)，流體為假塑性流體；

當(dāng)n>1時(shí)，流體為膨脹性流體。

但是實(shí)際的流動(dòng)曲線n 值并不一定為定值，流體曲線可能具有混合性的流體性質(zhì)，但在局部剪切速率范圍中，n值可為一恒定值。

流體的流變行為

3.1 牛頓流體(Newtonian Flow)

1687年牛頓首先提出流體阻力正比于兩部份流體相對流動(dòng)的速度。簡單的描述牛頓流體，流體黏度隨溫度的上升而下降，并且黏度不會(huì)隨剪切速率的改變產(chǎn)生變化，應(yīng)力與應(yīng)變速率之間符合簡單的線性關(guān)系，意指剪切應(yīng)力將與剪切速率成正比，即

(11)

(11)式為牛頓流體的定義式。水、酒精、油類等低分子液體均屬牛頓流體。牛頓流體的流動(dòng)一般具有以下特點(diǎn)。

1.變形的時(shí)間依賴性

線性黏性流動(dòng)中，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài)時(shí)，剪切速率不變。若以變形觀點(diǎn)而言，則

(12)

即流體的變形隨時(shí)間不斷發(fā)生，具有時(shí)間依賴性。

2.流體變形的不可回復(fù)性

變形不可回復(fù)性為黏性流體的特質(zhì)，黏性流體的變形是永久變形。外力移除后，變形保持與施力狀況下相等，由于粒子或分子鏈間己產(chǎn)生相對滑移，所以此種變形并無法回復(fù)。

3.能量損失

外力對于流體所做的功會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏⑹?，此特性與彈性變形完全相反。

4.正比性

線性黏性流動(dòng)中應(yīng)力與應(yīng)變速率成正比，黏度與應(yīng)變速率無關(guān)。

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