【集萃網觀察】流變學，是研究物質變形和流動的科學。理想的彈性體和理想的粘性物質實際上是不存在的，許多物質，如紙張、油墨等，其變形規(guī)律是復雜的。油墨是在印刷機上被壓勻到墨輥上，轉移到印版上，再轉移到橡皮布上，最后轉移到紙張上。在這個過程中，有種種的變形和流動，當油墨受力變形時，既會呈現(xiàn)彈性變形的某些特征，又會呈現(xiàn)流體的粘性，這種現(xiàn)象稱為粘彈現(xiàn)象。這種粘彈性物體的受力變形不僅與應力大小有關，而且與這些形變的發(fā)展速度有關。顯然，印刷油墨的流變性質對印刷適性具有重要的作用。

　　一、近代流體的分類

　　流體是流變學研究的對象之一。近代流體是根據(jù)其在一定溫度和剪切應力作用下表現(xiàn)出來的特性，劃分為牛頓流體和非牛頓流體兩大類。假設一個流體被限制在兩塊平行板之間，平行板面積為A。其中，下板是靜止的，上板是可以移動的，它們之間相隔的距離為x，讓力F以正切方向作用于上板，上板的滑動速度相對于下板來說是v，夾在兩板之間的流體的上層速度最大，中間層速度中等，下層速度最小。

　　對流體的任何部分來說，其速度梯度為 ，由于速度梯度實際上就是流體受力以后的兩層流體間的速度變化率，故在物理學上，速度稱為剪切速率，用符號D表示，即

　　剪切應力是單位面積上所受的壓力，用符號t表示，單位為dyn/cm。

　　1.牛頓流體

　　牛頓流體的特點是，在層流區(qū)其剪切應力r和剪切速率D之間呈現(xiàn)正比關系。即：

　　式中流體的粘度，單位為帕·秒，用符號PaS，表示。對每一種牛頓流體，粘度是其固有的性質，當溫度不變時，粘度是一個常數(shù)。

　　2.非牛頓流體

　　凡是剪切應力：與剪切速率D之間的關系不服從式1.3的一切流體統(tǒng)稱之為非牛頓流體。廣義的非牛頓流體包括假塑性流體、塑性流體、脹流流體等。假塑性流體的特點是剪切速率D增大則粘度減小;塑性流體的特點是，當流體承受較小的外力，各流層之間的剪切應力還未達到一定數(shù)值時，流體是不產生相對流動的，只有外力增加，流層之間的剪切應力T超過某一極限時，流體才開始產生相對流動，隨著剪切速率D增加，粘度減小;脹流流體的特點是，只要有剪切應力T，不管它有多么小，在剪切應力的作用下，流體的剪切速率D會瞬即產生。但在剪切速率產生后，隨著剪切應力的增加，剪切速率D增加越來越快。塑性流體的剪切速率D與剪切應力r之間的數(shù)學模型可以用式（1.4）來表示：

　　二、印刷油墨流變學參數(shù)分析

　　1.粘度

　　粘度是指流體流動時的粘滯程度，是流體分子之間相互吸收而產生的阻礙分子之間相對運動能力的量度，是表征流體流動的阻力（或內摩擦力）大小的指標。油墨的粘度對各類油墨都是重要的，它是表示油墨流變性的重要指標之一。牛頓流體的粘度是一個常數(shù)，不依賴于剪切速率。

　　非牛頓流體的粘度，都依賴于剪切速率。在剪切速率很低時，幾乎所有的粘性流體都表現(xiàn)出牛頓流體的性質，即剪切應力與剪切速率D成線性關系，這個階段流體的粘度，可以用D（流變曲線的初始斜率）來表示，叫做零切變粘度

　　當剪切速率較高，r-D關系為非線性時，則對應于某一剪切速率的粘度，可以用表觀粘度來表示。表觀粘度是連接原點O和給定的剪切速率在D曲線上的對應點P所作割線OP的斜率。

　　2.屈服值

　　屈服值是迫使油墨開始流動時所需要的最小的力，它是用來表征油墨由彈性變形到流動變形過程的粘滯現(xiàn)象和性質的，用符號τ表示，其單位為N/cm。屈服值影響著油墨的流動度，印刷油墨多屬于塑性流體，屈服值的大小主要取決于所用連接料的流變性質，以及本身的粘度。

　　屈服值的測定采用平行板粘度計，油墨在鋪展的過程中，平板與油墨間的剪切應力與粘度計上板的重量P（自重及其配重）和墨柱在給定時刻t的鋪展半徑R相關;而相應的油墨的剪切速率D，則與墨柱在給定時刻t的鋪展直徑R和R對時間的變化率dR/dt相關。

　　3.觸變性

　　觸變性是指由于流體內部結構破壞的速率和恢復的速率不同，從而表現(xiàn)出在恒定的剪切速率作用下，剪切應力或表觀粘度具有對剪切時間的依賴性。觸變性的大小可以用觸變環(huán)法來表示。觸變環(huán)面積越大，表示流體的觸變性越大。

　　觸變性流體具有時間效應，表現(xiàn)為當剪切速率D為一定值且保持恒定不變時，剪切應力與應力的作用時間t之間表現(xiàn)為應力先增大再減小的變化關系。

　　三、粘彈性流體的模型

　　大多數(shù)粘彈性流體，其剪切速率D與剪切應力r之間的關系均表現(xiàn)出非線性，因此簡單的線性模型不足以描述塑性流體的剪切速率D與剪切應力之間的關系。描述線性粘彈性的最簡單模型為Maxwen模型，而要描述非線性粘彈性則需要使用非線性粘彈性模型。

　　1.Maxwell線性粘彈性模型

　　Maxwell模型是Maxwel和Voigt于1992年前即開始研究材料的粘彈性行為得出的模型，是描述線性粘彈流什的最簡單模型，它的力學比擬相當于一個彈簧串聯(lián)一個阻尼器。

　　2.非線性粘彈性模型

　　Maxwen線性粘彈性模型既不能預示非牛頓粘度，又不能預報法向應力差，因此不能使用Maxwen線性粘彈性模型來描述非線性粘彈性流體。oldroyd流體模型在本構理論及其應用中占有重要作用。oldro州模型有十幾種變形，其中，三參數(shù)Oldroyd流體模型的表觀粘度滿足下列關系：

　　具有粘彈性的流體在恒定剪切速率作用下，剪切應力由彈性應力和粘性應力組成。在屈服前，彈性應力增加，而結構基本沒有被破壞，當剪切應力增加到一定程度，結構開始被破壞，彈性應力隨剪切應力增加而減小，粘性特征越來越明顯。

　　來源：廣東印刷