BÀI 1
TÍNH CHẤT LƯU BIẾN – ĐO ĐỘ LƯU ĐỘNG CỦA HỒ GỐM SỨ

Lưu biến học nghiên cứu biến dạng vật liệu thực và hiện tượng chảy của chất lỏng
nhớt. Mục đích là tìm hiểu và tính toán được quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, vận
tốc biến dạng, hiểu được quan hệ giữa cấu trúc vật liệ
u và các tính chất cơ học và lưu
biến của nó.
Dưới tác dụng của ngoại lực mọi vật thể đều biến dạng.
- Biến dạng đàn hồi là thuận nghịch.
- Biến dạng dẻo có tính vĩnh cửu. Khi tiếp tục có ứng suất, biến dạng tiếp tục tăng
lên. Khi ứng suất biến mất, biến dạng dừng lại và vật thể vẫ
n giữ nguyên hình dạng đã
bị biến dạng.
- Biến dạng nhớt hay dòng chảy
ηDτ = (1.1);
dS
dv
D =
(1.2)
trong đó: D - vận tốc biến dạng, τ - ứng suất trượt, η - độ nhớt động lực.
Chất lỏng tuân theo công thức 1.1 gọi là chất lỏng Newton, ứng suất ở đây là ứng
suất tiếp tuyến. η là hằng số và phụ thuộc vào cấu trúc của từng loại chất lỏng. Độ
nhớt động học thể hiện mức độ nhớt dính ch
ống lại chuyển động của từng lớp chất
lỏng với nhau để chảy thành dòng. Đơn vị của η là Pa.s (N.s/m
2
).
Độ nhớt động lực và mật độ là hai thông số cơ bản của một chất lỏng, chúng
thường cùng xuất hiện trong các phương trình truyền nhiệt, truyền chất và dòng chảy.
Vậy để thuận tiện, người ta đưa ra khái niệm độ nhớt động ν. Chúng ta có quan hệ

τ
n
khi n < 1, 4-chất lỏng Bingham
η
ττ
D
K
−
= , 5-chất lỏng giả
dẻo có ứng suất trượt giới hạn
τ
K
trong công thức
(
)
η
ττ
D
2
K
−
= , 6-vật liệu dãn nở
có ứng suất trượt giới hạn
τ
K
trong công thức D = k(
τ
-
τ
K

Bingham. Khi
α
tăng lên, huyền phù keo tụ, khi
α
giảm xuống, huyền phù giải keo tụ.
Nếu như các hạt tập hợp lại, chẳng hạn như các hạt dạng tấm có cạnh gắn vào bề
mặt, hệ bắt đầu thể hiện như một vật rắn và biến dạng khi ứng suất tác dụng vượt qua
một ứng suất nhất định nào đó gọi là giới hạn dòng τ
K
. Vật liệu này được gọi là vật
liệu Bingham. Độ nhớt động lực tính theo phương trình
D
ττ
η
K
−
=
với τ
K
là giới hạn dòng [Pa].
Như đã nói ở trên, đối với vật liệu thực phương trình D(τ) là phi tuyến (là đường
cong) và có thể
-Phi tuyến không phụ thuộc thời gian: quá trình xảy ra khi tăng vận tốc biến dạng
và giảm vận tốc biến dạng đều xảy ra như nhau, như trên hình 1.1.
-Phi tuyến phụ thuộc vào thời gian: quá trình xảy ra khi tăng vận tốc biến dạng và
khi giảm vận tốc bi
ến dạng có hiện tượng trễ. Xem hình 1.3. Hình 1.3. Vật liệu lưu biến phụ thuộc vào thời gian. 1-thixotropy dương, 2-

Cơ sở của phương pháp này là định luật Poiseulle, khi chất lỏng chảy tầng ổn
định qua ống có chiều dài l, bán kính r, dưới áp suất p, trong thời gian t thì lượng chất
lỏng chảy qua là

l8
ptπr
V
4
η
=
Tuy nhiên chất lỏng khi chảy vào và ra khỏi ống mao dẫn không tuân theo chính
xác đúng như quy luật trên, Hagen đã sửa lại như sau

8Vl
ptπr
4
=
η
-
lt 8
1,1ρ
π

Đối với nhớt kế dòng chảy thì p = hρg, trong đó h-chênh lệch trung bình của hai
bề mặt chất lỏng trong nhớt kế, ρ-mật độ và g-gia tốc trọng trường.
Nếu chênh lệch bề mặt chất lỏng là không đổi chúng ta rút gọn phương trình trên
t
Bρ
tAρη −=
[Pa s] trong đó: η là độ nhớt [Pa s], ρ-mật độ [kg m

2
]
Các hằng số A
1,2
; B
1,2
có thể xác định theo từng nhớt kế dòng chảy cụ thể bằng
cách đo thời gian chảy của hai chất lỏng có độ nhớt đã biết (trong trường hợp này là
glycerin và nước).
Trong kỹ thuật người ta dùng khái niệm “độ lưu động của hồ”, đây là đại lượng tỉ
lệ nghịch với độ nhớt của hồ và được biểu diễn bằng công thức

η
1
=
ϕ
trong đó: ϕ-độ lưu động, η-độ nhớt của hồ.
Độ lưu động của hồ được đánh giá theo thời gian chảy của một khối lượng hôg
nhất định (100cm
3
) qua nhớt kế ống chảy. Hồ tiêu chuẩn là hồ có thời gian chảy 100
cm
3
hồ trong 10 s.
Độ lưu động của hồ phụ thuộc vào tỉ số giữa phần vật chất rắn và lỏng (đất sét,
phối liệu và nước), lượng và loại chất điện giải thêm vào và tính chất của vật chất rắn.
Dụng cụ. Để xác định độ lưu động của hồ
đổ rót ta có thể dùng dụng cụ viscosimeter
Eugler (ống chảy). Kích thước ống: đườ
ng kính

càng về sau lượng nước càng ít lại). Sau khi khuấy hồ ở trạng thái chảy lỏng, đem hồ
đổ vào bình nhớt kế ống chảy và để yên trong một phút (chú ý lúc đổ hồ cần bịt lổ lại
để tránh hồ chảy ra ngoài). Sau đó mở lổ cho hồ chảy xuống cốc 5. Bấm đồng hồ xác
định thời gian hồ chảy trong khoảng vạch I đến II của dụng cụ.
Tiếp tục thực hiện thí nghiệm trên như sau: nếu thời gian chảy dưới 10 s, cho
thêm bột, khuấy, đo lại. Nếu thời gian chảy trên 10 s, cho thêm nước, khuấy, đo lại.
Làm ít nhất 3 điểm với 3 độ ẩm khác nhau với thời gian chảy dao động quanh 10 s.
Như vậy sau mỗi lần thí nghiệm cần lấy 5 cm
3
hồ cho vào bình cân để xác định độ ẩm
tương đối và tuyệt đối.
Để tránh nhầm lẫn, mỗi thí nghiệm cần lặp lại 3 lần lấy kết quả trung bình.
Kết quả thí nghiệm cho trong bảng sau:
Lượng nước thêm
vào, cm
3

Độ ẩm tương đối,
%
Độ ẩm tuyệt đối
ứng với 10 s
Thời gian chảy, s
Dựa vào bảng trên vẽ đường biểu diễn của thời gian chảy 100 cm
3
hồ (trục tung)
phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của nó (trục hoành).
Xác định độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải

Hồ đổ rót khi khuấy trộn liên tục thì linh động nhưng nếu để yên một thời gian thì
tính chất của nó lại trở lại trạng thái ban đầu, đó là hiện tượng sánh của hồ.
Trong thực tế thường dùng hệ
số độ sánh là tỉ số giữa thời gian chảy của hốau lúc
để nó đứng yên trong thời gian 30 phút và thời gian chảy sau lúc để yên trong một
phút. Muốn xác định hệ số độ sánh cần dùng hồ có độ lưu động tiêu chuẩn pha loãng
bằng chất điện giải. Trong thí nghiệm cần chuẩn bị mẫu tương tự như chuẩn bị mẫu
để xác định độ lưu động (cốc thứ ba). Sau khi xác định xong mẫu độ lưu động pha
loãng bằng chất điện giải, biết được lượng chất điện giải nhất định ứng với thời gian
chảy 10 s (trên biểu đồ từ
điểm giữa của đường parabôn dóng xuống trục hoành). Ta
cho luôn lượng chất điện giải đã biết đó vào cốc và khuấy trong 5 phút trên máy
khuấy. Sau đó đổ huyền phù trong cốc vào viscosimeter ống chảy. Để yên trong một
phút và cho chảy xuống cốc. Bấm đồng hồ, tính thời gian chảy 100 cm
3
hồ (từ vạch I
đến vạch II) sau đó lại khuấy hồ 5 phút và lại đổ vào bình viscosimeter, để yên sau 30
phút. Rồi lại tiếp tục cho chảy xuống cốc, bấm đồng hồ xem thời gian chảy từ vạch I
đến vạch II của 100 cm
3
hồ đã để yên 30 phút. Qua đó tính được hệ số độ sánh.
Hệ số độ sánh của mỗi loại hồ đổ rót khác nhau. Phụ thuộc vào thành phần
nguyên liệu, công dụng cuả hồ và dao động tà 1,3 – 1,8 (đối với sứ), từ 1,5 – 2 (đối
với bán sứ), từ 1,5 – 2,6 (đối với sành).
1.2. Đo độ nhớt bằng nhớt kế quay
1.2.1. Nhớt kế Rheotest 2
Do nhà sản xuất Medingen. Đây là nhớt kế lo
ại hiện đại, bao gồm hai loại là loại
hình trụ - hình trụ và loại hình nón – đĩa. Để đo độ nhớt của hồ gốm sứ thì loại hình
trụ - hình trụ thích hợp hơn, tất cả đều được đặt trong bình điều nhiệt. Hình trụ bên

=
−
=

trong đó: D-gradient vận tốc [s
-1
], R
1
-bán kính hình trụ bên trong [m], R
2
-bán kính
hình trụ ngoài [m], n-số vòng quay (s
-1
).
Gradient vận tốc D được chọn theo số vòng quay n hoặc theo tỉ lệ bán kính các
hình trụ (R
1
:R
2
) và trị số của chúng được cho theo bảng. Khi số vòng quay lớn nhất
chúng ta có
D
max
= 1310 [s
-1
]
Trị số ứng suất trượt τ, tương ứng với D, được tính trên thiết bị đo mà thang đo
được lấy theo chất lỏng đã biết trước độ nhớt.
Phần lớn vật liệu thực có quan hệ D(τ) không là đường thẳng như đối với chất
lỏng Newton hay Bingham mà là đường cong và độ nhớt không phải là hằng số trong

chất lỏng nhớt, góc quay nhả về sẽ có những giá trị nhỏ hơn 360
0
do độ nhớt của chất
lỏng. Đơn vị đo là độ Gallenkamp (
0
G).