武际可分享 http://blog.sciencenet.cn/u/武际可 北大退休教授

博文

从吃汤包说起——浅谈流变学 精选

已有 10415 次阅读 2011-4-5 09:53 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 软物质, 流变学

 

  

   才能够呈现为固体的性质。可是如果从肉皮冻的固体状态升温到室温时,它可能还是固体。同样,粥和玉米糊也有这个情况。这说明,它们的粘性和温度的关系很大,而且不仅和温度本身有关,还和温度变化的过程,或者说和温度变化的历史有关。

另外拿一瓶果酱,你想把它倒进另外一个容器里,一开始倒不出来。可是当你把它激烈地摇晃几下,你就能够把它倒出来了。如你仔细观察,粥也有这个特点。摇晃前后,尽管受同样的重力,可是表现很不相同。这说明它们的行为和变形的历史有关,摇晃无非是给了它们外力,从而产生了变形,这个变形的历史影响了它们的行为。

早期的材料力学与弹性力学是适应工业与民用建筑结构、道桥结构、车船与航空等结构的舒适、安全与节约发展起来的。主要的研究内容是常用的工业结构材料所制成的梁、板、壳和它们的组合体的强度刚度和稳定性来展开的。

随着工业使用机器生产的范围的扩大,随着人类对自然现象的科学研究深入,人们不断提出新的材料行为的问题。这些问题的精确回答愈来愈显得迫切。

用机器生产巧克力,需要精确回答巧克力在什么温度下是流动的和在什么温度下硬结。炼油工业需要回答在管道中原油的阻力,以及它随温度的变化关系,以便在需要时加温以减阻。在机制面条时又需要对面粉与水的适当比例,以及对和好的面的各项物理特性的精确了解。医学上为了了解心脏的负担以及心脑血管疾病的机理,需要对血液的粘性测定,为了了解某种药液,能不能顺利通过注射器的针管,又需要对这些药液的粘性精确测定。地质学家为了预测山体崩塌和泥石流的发生,需要探讨岩石和泥土的流变规律。等等,不一而足。

就以印刷行业来说,只要考察油墨在印刷机上的行为,就可以知道流变学的重要性。整个印刷过程与油墨有关的无非是以下5个环节:

1.油墨从墨罐中转移到印刷机墨斗中,是倒入,或是用铲子刮取,这是属于油墨的流动性或塑性的问题;

2.油墨从墨斗中转移到墨辊上的过程,这时油墨是从宽阔处向窄缝间伸入,与油墨的流动性有关,粘性太大固然麻烦,但粘度过小也不行,好的油墨就会很好地粘附在墨辊上而又不会到处流淌;

3.在墨辊上,油墨匀开的过程和从墨辊到墨辊的转移过程(这个过程是经由若干根墨辊到达印版滚筒的),这时,油墨在墨辊之间受到压挤,以均匀的薄膜匀开到墨辊的表面,油墨中的颜料粒子被压溃,二级凝聚被破坏而变成一级粒子均匀地分散,这样反复地进行,最后在印版滚筒上均匀地匀开,得到均匀的油墨薄膜,这是使印刷中不产生深浅的重要过程;

4.油墨从印版滚筒上转移到纸上;印到纸上的油墨向纸内渗透,这时在墨辊和纸之间油墨受到印压时,油墨的一部分被压挤到纸张的细缝间去,油墨借表面张力毛细管现象渗透到纸张纤维的缝间,在这过程中,溶剂挥发,留下亮油的薄膜,必须在短时间内形成有某种硬度的薄膜,以防油墨在成象时渗墨;

5.在印刷过程结束时,形成的墨膜的变形,是形成的薄膜所具有可变形性和强度问题,需要考虑偶尔的碰蹭擦不掉的粘附力和强度,当把印刷品堆叠到一起时,为了不被上面的纸张背面粘掉墨膜,也需要油墨能迅速硬化和成膜后有充分的强度。   

 除此之外,作为特殊情形,在凹版印刷中,油墨的转移主要是靠渗透到纸上完成的,所以油墨的流动性特别重要。在电子计算机的喷墨打印,新闻油墨等用于高速印刷机上,所以在向印刷机输送油墨的管中,也应有油墨流动的问题。

总之,这些新的研究对象,与以往研究得较多的钢铁、水泥、木材、有色金属等不同,科学家们把它们称为软物质。研究它们的学问称为流变学(Rheology)。有趣的是,在英文里,流变学和神学(Theology)只有开头一个字母之差,而且开头的字母RT在英文打字键盘上是紧挨着的,粗心的打字员,经常会把流变学打成神学。这也不奇怪,因为流变学的复杂性,的确有点像神学一样高深莫测。

目下流变学按照应用范围来分,可以分为血液流变学、食品流变学、化妆品流变学、石油产品流变学和高分子流变学等。总之,流变学的历史还很短,还有大量不清楚的问题有待研究。形形色色的新兴工业和研究领域需要大量熟悉流变学的人才。

 

参考文献

[1] 油墨的流变学和印刷适性,http://www.bisenet.com/article/200810/41861.htm

[2] 王振东,流变学的诞生和研究对象

http://bbs.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=205890&do=blog&id=219864

         [3] A Handbook Of Elementary Rheology - A Barnes.pdf



https://blog.sciencenet.cn/blog-39472-429790.html

上一篇:是科学鉴赏力,还是跟风能力?
下一篇:谈火的进步
收藏 IP: 180.184.196.*| 热度|

24 马红孺 吴吉良 郭桅 张伟 刘用生 赵飞虎 吉宗祥 吕喆 田灿荣 杨正瓴 张晓锋 李小文 郑融 杨学祥 赵凤光 刘洋 赫英 邵忠 季斌 zhangcz07 dreamworld lixuke2005 zzjtcm luxiaobing12

发表评论 评论 (29 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-27 09:53

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部