基于流变学研究SiO2微粉悬浮液结构形成及变化

摘要

目前悬浮液的结构主要从颗粒分散的角度进行研究,但由于大颗粒的悬浮液受重力的影响显著,使其成为悬浮液结构研究的盲区。流变学主要是研究悬浮液的流动和变形,其必然涉及到悬浮液结构的变化,进而能直接对悬浮液结构进行表征。本文将 SiO2微粉(d50=0.216 um)悬浮液作为研究对象,从悬浮液流变特性与结构之间的内在联系出发,系统的研究了悬浮液内部结构的形成过程、破坏过程和恢复过程。
　　从 SiO2微粉悬浮液结构形成原因及对应流变性能出发,研究了悬浮液结构与流变性能的对应关系,SiO2颗粒表面的Si-OH键对其流变性影响很大,固相质量分数、外加剂和温度都能影响Si-OH键,改变颗粒间的作用力,从而改变悬浮液的流变性。
　　研究悬浮液表现出的剪切变稀行为,发现其与悬浮液的颗粒团聚过程相吻合,使用透射电子显微镜深入分析,得出SiO2颗粒团聚过程满足“Southerland ghost”聚集模型,其颗粒结构疏松,影响了悬浮液的剪切流变行为。SiO2悬浮液剪切变稀的过程是 SiO2微粉团聚颗粒解聚的过程,即是其结构的形成过程。
　　利用同轴旋转剪切、小振幅振荡剪切、大振幅振荡剪切三种方式进行悬浮液的破坏实验,得到悬浮液结构稳定性的动力学及结构破坏条件,Cox-Merz经验公式适用于SiO2微粉悬浮液,获得了悬浮液结构开始破坏、开始流动、彻底破坏时的结构参数。
　　从悬浮液的触变性出发,研究了悬浮液的结构的恢复过程,对触变性先前的研究方法进行了误差分析及优化,采用优化后的振荡-旋转-振荡法对悬浮液的触变性进行了评价,得出SiO2微粉悬浮液既具有颗粒自身的粒子性,也有高分子链的性质(颗粒链),颗粒团聚和颗粒链是悬浮液触变性的主要成因。

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第一章 实验方法与研究内容

1.1 实验方法

1.2 研究内容

第二章 SiO2微粉悬浮液的流变性能

2.1 前言

2.2 实验方法

2.3 硅微粉的红外光谱和粒度分析

2.3 不同固相质量分数对悬浮液流变性的影响

2.4 分散剂对SiO2微粉悬浮液流变性的影响

2.5温度对SiO2微粉悬浮液流变性的影响

2.6 本章小结

第三章 SiO2微粉悬浮液的剪切变稀行为

3.1 前言

3.2 实验方法

3.3 SiO2微粉悬浮液的剪切变稀现象

3.4 SiO2微粉悬颗粒团聚的形成过程

3.5 颗粒团聚-解聚角度分析剪切变稀机理

3.6 SiO2微粉颗粒解聚和剪切变稀的关系

3.7 本章小结

第四章 SiO2微粉悬浮液剪切作用下结构的变化过程

4.1 前言

4.2 实验方法

4.3旋转法对悬浮液结构的测定

4.4 小振幅振荡法对悬浮液结构的测定

4.5 大振幅振荡法对悬浮液结构的测定

4.6 分散剂作用下对悬浮液结构的影响

4.7 本章小结

第五章 SiO2微粉悬浮液的触变行为

5.1 前言

5.2 实验方法

5.3 触变环对SiO2微粉悬浮液触变性的评价

5.4 触变性测量的误差分析及优化

5.5振荡-旋转-振荡法对SiO2微粉悬浮液触变性的评价

5.6 SiO2微粉悬浮液触变性机理的探讨

5.7 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文

附录2攻读硕士学位期间参加的科研项目