剪切變稀(shear thinning)
有些流體你攪得越用力它越稀。番茄醬在你搖它之前賴在瓶裡不動,然後忽然湧出;油漆在刷子上濃稠,一刷開卻攤成薄層。陶瓷漿料也一樣:幾乎不受擾動時黏度高,你剪切得越快它越稀。這就是剪切變稀(shear thinning),又稱假塑性(pseudoplasticity)——與那種(較罕見的)受衝擊反而變硬的剪切增稠流體相反。
這是因為快速剪切打散並排齊了顆粒所建立的任何結構。靜止時、或輕輕攪拌下,弱吸引的顆粒連成鬆散的絮團與開放網絡,困住液體、抗拒流動,於是漿料顯得稠。用力剪切它,那些絮團被撕開,釋放的液體潤滑,細長或片狀的顆粒轉向、順著流動排齊——這一切都讓它更容易滑動,於是量到的黏度下降。把剪切速率推得更高,黏度持續降向一個較低的極限值;一放鬆,若效應純由剪切驅動,它會在你停手的一瞬間恢復。常用冪次律描述它,eta 正比於 (剪切速率)^(n-1),其中 n 小於 1,n 與 1 的差距越大,變稀越強。
剪切變稀是陶瓷加工的一份禮物,因為它讓一份漿料同時是兩種東西。在流延成形中,泥漿必須在刮刀下方的高剪切中流得稀,才能鋪成平滑均勻的薄片,然後在一離開刮刀下方的瞬間又變稠,才能保持形狀、不從載體上流走。擠出成形與網版印刷倚賴同樣的行為:被迫通過模口或網目時是流體,力一停便又變硬。它與降伏應力和觸變密切相關,配製者刻意調整絮凝程度,來精確設定漿料在剪切下變稀的多寡。
在刮刀下,流延泥漿遇到每秒數百的剪切速率、變稀而平順地流成薄而均勻的膜;它一離開刮刀,剪切驟降到近乎零,泥漿又變稠,靜止地停在載體上而不塌流。一份漿料、兩種黏度,恰好各就各位。
剪切變稀讓泥漿在刮刀下是流體、刀後又變硬——這是平滑不塌流澆鑄的關鍵。
剪切變稀是瞬時且可逆的:黏度只取決於當下的剪切速率,你一停手它立刻恢復。這與觸變不同,觸變的恢復需要時間——別把兩者混淆。