不同颗粒形状的密堆积悬浮液中的剪切增稠与堵塞

我们研究了颗粒形状对密堆积悬浮液中剪切增稠的影响。制备了不同长径比的棒状颗粒和非凸钩状棒。使用流变仪在每种形状的宽范围堆积分数下测量了粘度曲线和法向应力。每种形状的悬浮液均表现出定性相似的间断剪切增稠。应力/剪切速率关系的对数斜率随堆积分数急剧增加，并在依赖于颗粒形状的临界堆积分数φc处发散。当堆积分数按φc归一化时，不同凸形颗粒的粘度曲线对堆积分数的依赖关系可以塌缩到一条主曲线上。有趣的是，非凸颗粒的粘度曲线未能与凸颗粒的曲线塌缩到同一集合上，在更宽的堆积分数范围内表现出强烈的剪切增稠。发现φc的值与堵塞转变处屈服应力的起始点一致，表明堵塞转变也控制着剪切增稠。发现屈服应力与悬浮液中截留的空气相对应，且应力的尺度可归因于界面张力，该力由于堵塞的几何约束而在φc以上急剧增加。发现剪切应力与法向应力之间的关系在剪切增稠区和堵塞区均为线性，表明剪切应力源自摩擦。在零剪切速率极限下，低于φc时法向应力因液体表面张力而将流变仪平板拉在一起，但高于φc时则因堵塞而将流变仪平板推开。