“粘度是多少?”——这是我们在接到搅拌咨询时首先会问的问题。在不知道粘度的情况下确定搅拌条件,就像是不知道目的地就坐上电车一样。第一回,我们将从搅拌设计的起点——了解“液体的本质”开始。

水和蜂蜜,粘度相差1万倍
大家在实验室里每天“混合”的液体,到底有多大的粘度呢?
粘度的单位用 Pa·s(帕斯卡秒)或 mPa·s(毫帕斯卡秒)表示。让我们用身边的事物来做个比较。

| 粘度域 | 代表性物质 | 粘度参考值 |
|---|---|---|
| 低粘度 | 水 | 1 mPa·s |
| 低粘度 | 西红柿汁 | 数十 mPa·s |
| 中粘度 | 洗发水・护发素 | 数百 mPa·s |
| 中粘度 | 番茄酱 | 约1 Pa·s |
| 中〜高粘度 | 蜂蜜・味噌 | 数 Pa·s |
| 高粘度 | 牙膏·果酱 | 数十 Pa·s |
| 高粘度 | 焊膏 | 约100 Pa·s |
| 超高粘度 | 涂料・厚膜膏 | 数百 Pa·s |
水的粘度为1 mPa·s,蜂蜜的粘度为数千 mPa·s(数 Pa·s)。两者粘度的差异约为1万倍。如果忽略这一差异在相同条件下进行搅拌,结果发生变化是理所当然的。
了解自己所混合液在图表中的位置,是搅拌设计的第一步。
粘度会变化的液体——牛顿流体与非牛顿流体
无论搅拌得多剧烈,粘度都不会改变。像这样,无论搅拌速度(剪切速度)如何,粘度都保持不变的液体被称为“牛顿流体”。
第一,实验室中处理的许多材料,其粘度会因混合方式而发生变化。

混合后变软的液体(剪切增稠液/伪塑性流体)
这就是摇晃番茄酱瓶更容易出番茄酱的现象。这是剪切速度增大时粘度降低的特性,实验室中处理的许多材料,如涂料、洗发水、高分子溶液等,都属于此类。
这种类型的液体“一开始很重,但开始搅拌后会变轻”,因此在搅拌机启动时需要最大的扭矩。
“剪切稀化”和“剪切稀化”是不同的。
现场经常混淆的是,シアシニング(拟塑性)和チキソトロピー(触变性)的区别。
剪切稀化(伪塑性)是搅拌速度会改变粘度的性质。搅拌越快越软,搅拌越慢就恢复原状。这是对速度的响应,变化是瞬时的。
剪切稀化是指在持续搅拌一定速度时随着时间推移粘度会降低的性质。停止搅拌后,会随着时间恢复到原来的粘度。常见于油墨、涂料、化妆品面霜等产品中。
由于两者经常同时存在,因此,当遇到“搅拌会变软的液体”时,判断它是速度依赖还是时间依赖,是确定适当搅拌条件的关键。
混合后会变硬的液体(增稠流体)
就是那种将片栗粉溶于水中(玉米淀粉浆)用力捏时会变硬的现象。它具有一种反直觉的特性,即剪切速度越大,粘度反而越高。
这种“混合后变硬”的特性,在搅拌现场有时会成为严重问题的根源。
不知道粘度会发生什么 ―― 现场的故障案例
“只要先回拨一下,应该就能混进去了吧”——这种想法,会引发如下的麻烦。
案例1:由增稠流体引起的轴变形与断裂

在晶析(结晶)操作中,当均匀的溶液中开始生成固体颗粒时,整个液体可能会表现出增稠特性。随着搅拌的持续和剪切速率的增加,粘度会急剧上升,翼片受到的阻力将大幅超出预期,搅拌轴会弯曲从而导致故障。
“刚才还正常运转,突然负载飙升”——其原因在于,没有考虑到操作过程中液体的性质发生了变化。
此外,本公司的三一电机搅拌轴在承受过大负载时,也不会折断而是会弯曲,这是为了防止轴断裂飞散的安全性设计。
案例2:由威森伯格效应引起的液体上升
粘弹性高分子溶液等受到剪切时,液体可能会沿搅拌轴向上爬“魏森伯格效应”。如果轴和电机采用同轴(直线)结构,爬升的液体可能会侵入电机内部,从而损坏设备。

我们三一电机通过将搅拌轴与电机呈直角配置,设计成即使液体顺着轴向上爬,也很难到达电机的情况。
这些问题的共同点在于,“在搅拌之前,没有掌握液体的性质”这一点。


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