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炭素技术卑№
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沥青流变性质的研究方法
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前言描述流变性质的参数和概念
沥青是制取炭材料的主要原料之一, 它是流体在力的作用下可以流动,这时流体受
由多种结构不同的芳烃化台物组成的混合物, 到了剪切,对于牛顿型流体:
所以,对沥青性质的表征是一件十分困难的事
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情。现有的表征方法主要是对沥青这一混合物
宏观性质的概括,翔软化点、氧碳原子比、芳其中。是流体的粘度,·瞧流体所受到
香度、可溶性和表观粘度等等,这些参数的共
的切应力,/;是剪切速率,是垂直于流
同点是对沥青车质的描述过于粗略,对炭纤维
体流动方向上的速度梯度, /。
的研制和生产的指导是模糊近似的。人们常常
如果流体的粘度不随剪切速率的变化而改
发现:上述性质参数相同或相近的沥青,在炭纤
维制备工艺中所袭现鲋行为却有较大的差异, 变,和是简单的线性关系,我们称这样
这对于炭纤维的生产和研制是相当不利的。沥的流体为“牛顿型流体”。与此相反,剪切速
青炭纤维的研制者一直期望找到一个理想的性率与剪切应力的对应关系不遵循式的流
质参数,以便在尽可能高的程度上定量地描述体被称为“非牛顿流体”。图所示是几种常
工艺过程。更高层次上对沥青性质的认识,将见的非牛顿流体的流动曲线。
会有力地推动沥青炭纤维的生产和应用。对于非牛顿流体,我们仍可以用式
几乎所有的研究者都认为: 沥青的流变性来计算其粘度,这时的粘度被称为“表观粘
质是沥青炭纤维研制和生产中最重要的参数, 度。
纺丝过程中沥青在喷丝孔内的流动和喷出孔后物质的种类是多样的,常常有这样一些物
的膨胀及拉仲,都同沥青流变性质有关。相质,它们看上去是液体,但拄往又显示出~ 些
对于“软化点和“可溶性等参数,流变性类似于固体那样的弹性性质,这些物质被称为
质同工艺的联系更直接。它既可以作为衡量缩“粘弹性物质。这时,单用粘度这一简单概
聚程度和缩聚产物优劣的指标,又可以对纺丝念就无法说明其流变性质。
阶段工艺参数的选择提供理论依据,它一直是描述粘弹流体的性质有许多方法,其中比
沥青炭纤维研究开发的一个重要课题“较成功的是法向应力差和粘弹模型“。法向
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剪协建率,÷ 剪切速率
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剪切速率,
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图各种非牛顿流体的流动曲线
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应力差最初是用在橡胶一类的固休概念中,严若干个简单的纯物理单元组成的复台体,在这
格来讲并不属于粘弹范畴,尽管如此,法向应些模型中,比较成功的是和模型
图其基本思想是一个虎克弹簧和牛顿
力差在解释许多牯弹行为时已取得成效。对
牛顿型流体, 流体受剪切时, 除了剪切方向的
力外,其它方向的力均为零。而对于粘弹性物
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质则不然, 流体沿流动的法向方向所受的力不。’
为零。对于法向应力,其绝对值无法得到,而
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法向应力差却可以测得,并且与流体的粘弹性牛
有直接关系。我们可以得到