第066篇｜剪切變稀
第066篇｜剪切變稀
Shear Thinning
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一句話定義
剪切變稀（Shear Thinning）是指材料在剪切速率（Shear Rate）增加時，黏度（Viscosity）隨之下降的流變現象，又稱為假塑性流動（Pseudoplastic Flow），是接著劑、塗料、油墨與高分子材料最常見的非牛頓流體行為之一。
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為什麼重要
許多接著劑在儲存桶中看起來相當黏稠。
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但經過攪拌後。
卻能快速流動。
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許多塗料在罐內具有較高黏度。
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塗佈時卻能均勻展開。
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許多無溶劑接著劑能夠被高速塗佈。
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同時維持良好儲存穩定性。
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上述現象背後。
都與剪切變稀有關。
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若材料不具備剪切變稀特性。
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加工設備需要更高能耗。
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塗佈均勻性也較難控制。
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因此剪切變稀是工業材料設計的重要機制。
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基本原理
高分子材料內部。
存在大量分子鏈。
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在靜止狀態下。
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高分子鏈彼此纏結。
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形成複雜網路結構。
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因此材料流動阻力較高。
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當剪切力增加時。
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高分子鏈逐漸沿流動方向排列。
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纏結程度下降。
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分子之間的阻力減少。
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流動變得更容易。
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黏度因此下降。
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此現象稱為：
Shear Thinning。
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剪切變稀的物理意義
可以將高分子鏈想像成一團糾纏的繩索。
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靜止時。
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彼此纏繞。
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移動困難。
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當施加外力後。
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繩索逐漸排列整齊。
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摩擦減少。
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流動變得容易。
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高分子系統中的剪切變稀。
本質上就是類似現象。
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剪切速率與黏度關係
牛頓流體中。
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黏度固定不變。
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無論剪切速率如何改變。
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黏度維持相同數值。
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非牛頓流體則不同。
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隨著剪切速率增加。
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黏度逐漸下降。
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形成典型剪切變稀曲線。
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Power Law模型
剪切變稀系統常利用：
Power Law Model
描述。
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其關係式為：
tau=Kdot{gamma}^{n}
其中：
τ = 剪切應力
K = 一致性指數
γ̇ = 剪切速率
n = 流動指數
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當：
n < 1
⸻
表示材料具有剪切變稀行為。
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當：
n = 1
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表示牛頓流體。
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當：
n > 1
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表示剪切增稠系統。
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剪切變稀與觸變性的差異
這兩個名詞經常被混淆。
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Shear Thinning
剪切變稀。
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主要受到：
剪切速率
影響。
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屬於即時反應。
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Thixotropy
觸變性。
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主要受到：
時間
影響。
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涉及結構破壞與恢復。
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因此：
剪切變稀
≠
觸變性。
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但兩者常同時存在。
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重要數據或表格
不同材料剪切變稀程度
材料 剪切變稀程度
水 無
酒精 無
溶劑型接著劑 低
水性接著劑 中
PSA 中至高
工業塗料 高
密封膠 極高
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剪切變稀帶來的效益
性能 影響
塗佈性 ↑
噴塗性 ↑
輸送能力 ↑
施工性 ↑
能耗 ↓
加工效率 ↑
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剪切變稀與分子量關係
高分子量材料。
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通常具有更多鏈段纏結。
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因此較容易出現剪切變稀現象。
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例如：
• Acrylic PSA
• TPU
• PUD
• 高分子增稠劑
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皆具有明顯剪切變稀特性。
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剪切變稀與填料系統
填料亦可能影響剪切變稀。
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例如：
• Fumed Silica
• Clay
• Calcium Carbonate
• Nano Filler
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填料形成網路結構後。
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受到剪切力時會逐步破壞。
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導致黏度下降。
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與接著工程的關係
剪切變稀直接影響：
Coating
塗佈性。
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Lamination
貼合加工。
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Sprayability
噴塗能力。
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Pumpability
輸送能力。
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Wetting
潤濕能力。
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Processability
加工性能。
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因此幾乎所有工業接著劑都會考慮剪切變稀設計。
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無溶劑PU案例
無溶劑PU貼合時。
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材料受到高速剪切。
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黏度下降。
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有利於轉移與塗佈。
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離開塗佈輥後。
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黏度恢復。
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有助於控制塗佈量。
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PSA案例
壓敏膠需要：
• 良好潤濕
• 良好持黏
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剪切變稀有助於提高施工效率。
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同時維持靜置穩定性。
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塗料案例
工業塗料噴塗時。
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受到高剪切作用。
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黏度下降。
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形成良好霧化效果。
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因此噴塗系統通常具有剪切變稀特性。
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常見應用
水性接著劑
Waterborne Adhesive。
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無溶劑接著劑
Solvent-Free Adhesive。
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PSA壓敏膠
Pressure Sensitive Adhesive。
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工業塗料
Industrial Coating。
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油墨
Printing Ink。
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電子材料
Electronic Materials。
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相關名詞
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
• Shear Rate（剪切速率）
• Shear Stress（剪切應力）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Shear Thickening（剪切增稠）
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FAQ
Q1：剪切變稀是否等於觸變性？
不同。
剪切變稀主要受到剪切速率影響。
觸變性主要受到時間影響。
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Q2：剪切變稀越明顯越好嗎？
不一定。
過度剪切變稀可能造成塗佈控制困難。
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Q3：哪些材料最容易出現剪切變稀？
高分子量材料、乳液系統與高填料系統最常出現剪切變稀現象。
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APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，剪切變稀是許多接著產品能夠兼顧儲存穩定性與加工性的關鍵因素。
實務上常見產品在靜置時具有較高黏度，進入塗佈設備後卻能快速流動，其背後即來自剪切變稀效應。
若剪切變稀設計不足，可能導致塗佈困難、輸送壓力過高或加工效率下降。
若剪切變稀過度，則可能造成飛膠、塗佈不均或流平異常。
因此在產品開發階段，建議同步評估 Shear Thinning（剪切變稀）、Viscosity（黏度）、Thixotropy（觸變性）與 Yield Stress（屈服應力）等流變參數。
良好的接著系統通常建立於多項流變特性的平衡，而非單一參數最佳化。
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延伸閱讀
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
• Shear Rate（剪切速率）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thickening（剪切增稠）
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參考文獻
1. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
2. Barnes, H.A. A Handbook of Elementary Rheology.
3. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
4. Larson, R.G. The Structure and Rheology of Complex Fluids.
5. Journal of Rheology.
6. Rheologica Acta.
7. Polymer.
8. Progress in Polymer Science.
Shear Thinning
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一句話定義
剪切變稀（Shear Thinning）是指材料在剪切速率（Shear Rate）增加時，黏度（Viscosity）隨之下降的流變現象，又稱為假塑性流動（Pseudoplastic Flow），是接著劑、塗料、油墨與高分子材料最常見的非牛頓流體行為之一。
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為什麼重要
許多接著劑在儲存桶中看起來相當黏稠。
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但經過攪拌後。
卻能快速流動。
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許多塗料在罐內具有較高黏度。
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塗佈時卻能均勻展開。
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許多無溶劑接著劑能夠被高速塗佈。
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同時維持良好儲存穩定性。
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上述現象背後。
都與剪切變稀有關。
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若材料不具備剪切變稀特性。
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加工設備需要更高能耗。
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塗佈均勻性也較難控制。
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因此剪切變稀是工業材料設計的重要機制。
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基本原理
高分子材料內部。
存在大量分子鏈。
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在靜止狀態下。
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高分子鏈彼此纏結。
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形成複雜網路結構。
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因此材料流動阻力較高。
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當剪切力增加時。
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高分子鏈逐漸沿流動方向排列。
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纏結程度下降。
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分子之間的阻力減少。
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流動變得更容易。
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黏度因此下降。
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此現象稱為：
Shear Thinning。
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剪切變稀的物理意義
可以將高分子鏈想像成一團糾纏的繩索。
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靜止時。
⸻
彼此纏繞。
⸻
移動困難。
⸻
當施加外力後。
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繩索逐漸排列整齊。
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摩擦減少。
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流動變得容易。
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高分子系統中的剪切變稀。
本質上就是類似現象。
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剪切速率與黏度關係
牛頓流體中。
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黏度固定不變。
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無論剪切速率如何改變。
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黏度維持相同數值。
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非牛頓流體則不同。
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隨著剪切速率增加。
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黏度逐漸下降。
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形成典型剪切變稀曲線。
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Power Law模型
剪切變稀系統常利用：
Power Law Model
描述。
⸻
其關係式為：
tau=Kdot{gamma}^{n}
其中：
τ = 剪切應力
K = 一致性指數
γ̇ = 剪切速率
n = 流動指數
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當：
n < 1
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表示材料具有剪切變稀行為。
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當：
n = 1
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表示牛頓流體。
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當：
n > 1
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表示剪切增稠系統。
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剪切變稀與觸變性的差異
這兩個名詞經常被混淆。
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Shear Thinning
剪切變稀。
⸻
主要受到：
剪切速率
影響。
⸻
屬於即時反應。
⸻
Thixotropy
觸變性。
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主要受到：
時間
影響。
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涉及結構破壞與恢復。
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因此：
剪切變稀
≠
觸變性。
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但兩者常同時存在。
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重要數據或表格
不同材料剪切變稀程度
材料 剪切變稀程度
水 無
酒精 無
溶劑型接著劑 低
水性接著劑 中
PSA 中至高
工業塗料 高
密封膠 極高
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剪切變稀帶來的效益
性能 影響
塗佈性 ↑
噴塗性 ↑
輸送能力 ↑
施工性 ↑
能耗 ↓
加工效率 ↑
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剪切變稀與分子量關係
高分子量材料。
⸻
通常具有更多鏈段纏結。
⸻
因此較容易出現剪切變稀現象。
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例如：
• Acrylic PSA
• TPU
• PUD
• 高分子增稠劑
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皆具有明顯剪切變稀特性。
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剪切變稀與填料系統
填料亦可能影響剪切變稀。
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例如：
• Fumed Silica
• Clay
• Calcium Carbonate
• Nano Filler
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填料形成網路結構後。
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受到剪切力時會逐步破壞。
⸻
導致黏度下降。
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與接著工程的關係
剪切變稀直接影響：
Coating
塗佈性。
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Lamination
貼合加工。
⸻
Sprayability
噴塗能力。
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Pumpability
輸送能力。
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Wetting
潤濕能力。
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Processability
加工性能。
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因此幾乎所有工業接著劑都會考慮剪切變稀設計。
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無溶劑PU案例
無溶劑PU貼合時。
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材料受到高速剪切。
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黏度下降。
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有利於轉移與塗佈。
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離開塗佈輥後。
⸻
黏度恢復。
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有助於控制塗佈量。
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PSA案例
壓敏膠需要：
• 良好潤濕
• 良好持黏
⸻
剪切變稀有助於提高施工效率。
⸻
同時維持靜置穩定性。
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塗料案例
工業塗料噴塗時。
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受到高剪切作用。
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黏度下降。
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形成良好霧化效果。
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因此噴塗系統通常具有剪切變稀特性。
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常見應用
水性接著劑
Waterborne Adhesive。
⸻
無溶劑接著劑
Solvent-Free Adhesive。
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PSA壓敏膠
Pressure Sensitive Adhesive。
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工業塗料
Industrial Coating。
⸻
油墨
Printing Ink。
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電子材料
Electronic Materials。
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相關名詞
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
• Shear Rate（剪切速率）
• Shear Stress（剪切應力）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Shear Thickening（剪切增稠）
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FAQ
Q1：剪切變稀是否等於觸變性？
不同。
剪切變稀主要受到剪切速率影響。
觸變性主要受到時間影響。
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Q2：剪切變稀越明顯越好嗎？
不一定。
過度剪切變稀可能造成塗佈控制困難。
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Q3：哪些材料最容易出現剪切變稀？
高分子量材料、乳液系統與高填料系統最常出現剪切變稀現象。
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APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，剪切變稀是許多接著產品能夠兼顧儲存穩定性與加工性的關鍵因素。
實務上常見產品在靜置時具有較高黏度，進入塗佈設備後卻能快速流動，其背後即來自剪切變稀效應。
若剪切變稀設計不足，可能導致塗佈困難、輸送壓力過高或加工效率下降。
若剪切變稀過度，則可能造成飛膠、塗佈不均或流平異常。
因此在產品開發階段，建議同步評估 Shear Thinning（剪切變稀）、Viscosity（黏度）、Thixotropy（觸變性）與 Yield Stress（屈服應力）等流變參數。
良好的接著系統通常建立於多項流變特性的平衡，而非單一參數最佳化。
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延伸閱讀
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
• Shear Rate（剪切速率）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thickening（剪切增稠）
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參考文獻
1. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
2. Barnes, H.A. A Handbook of Elementary Rheology.
3. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
4. Larson, R.G. The Structure and Rheology of Complex Fluids.
5. Journal of Rheology.
6. Rheologica Acta.
7. Polymer.
8. Progress in Polymer Science.
