第069篇｜剪切速率
第069篇｜剪切速率
Shear Rate
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一句話定義
剪切速率（Shear Rate）是描述流體內不同流動層之間相對移動速度差異的物理量，代表材料受到剪切變形的速率，通常以 s⁻¹（每秒）表示，是流變學與接著工程最重要的基本參數之一。
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為什麼重要
相同一支接著劑。
在儲存桶中可能十分黏稠。
⸻
進入塗佈設備後。
卻變得容易流動。
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進入噴塗設備時。
又可能進一步降低黏度。
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造成這些現象的關鍵因素之一。
便是剪切速率。
⸻
許多工程師習慣比較黏度數值。
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卻忽略黏度往往會隨剪切速率改變。
⸻
因此若不知道測試條件。
⸻
單純比較黏度數據。
可能產生誤判。
⸻
在非牛頓流體系統中。
⸻
剪切速率的重要性甚至高於黏度本身。
⸻
基本原理
當流體流動時。
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不同位置的流體速度並不相同。
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例如：
流體在管壁附近。
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流速較慢。
⸻
流體在中心區域。
⸻
流速較快。
⸻
因此形成速度梯度。
⸻
此速度差異造成流體層之間互相滑動。
⸻
稱為：
Shear
剪切。
⸻
剪切變化的快慢程度。
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即為：
Shear Rate。
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剪切速率的物理意義
可將流體想像成許多薄層堆疊。
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當上層流動速度快於下層時。
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兩層之間產生相對位移。
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若位移速度差異很大。
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表示剪切速率高。
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若位移速度差異很小。
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表示剪切速率低。
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因此剪切速率本質上反映：
流體變形速度。
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剪切速率定義
剪切速率表示為：
dot{gamma}=frac{dv}{dy}
其中：
γ̇ = 剪切速率
dv = 速度差
dy = 流層距離
⸻
單位通常為：
s⁻¹
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代表每秒變形次數。
⸻
剪切速率與剪切應力關係
在流變學中。
⸻
剪切速率與剪切應力密切相關。
⸻
牛頓流體可表示為：
tau=etadot{gamma}
其中：
τ = 剪切應力
η = 黏度
γ̇ = 剪切速率
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牛頓流體中。
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黏度固定不變。
⸻
因此剪切應力與剪切速率呈線性關係。
⸻
非牛頓流體則不同。
⸻
黏度會隨剪切速率改變。
⸻
剪切速率與黏度關係
在大部分接著劑系統中。
⸻
剪切速率提高。
⸻
黏度下降。
⸻
形成：
Shear Thinning
剪切變稀。
⸻
因此相同材料在不同設備中。
⸻
可能呈現不同黏度。
⸻
原因即來自剪切速率差異。
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重要數據或表格
常見製程剪切速率範圍
製程 剪切速率 (s⁻¹)
儲存靜置 <1
慢速攪拌 1–100
滾輪塗佈 100–1,000
刮刀塗佈 1,000–10,000
噴塗 10,000–100,000
噴墨印刷 >100,000
⸻
不同條件下流動行為
剪切速率 常見現象
極低 儲存穩定性
低 沉降行為
中 塗佈行為
高 噴塗行為
極高 霧化行為
⸻
剪切速率與Brookfield黏度
Brookfield黏度計。
⸻
本質上也是在特定剪切速率下量測黏度。
⸻
因此：
不同轉速。
↓
不同剪切速率。
↓
不同黏度結果。
⸻
這也是Brookfield測試必須標示：
• 轉子
• RPM
• 溫度
的原因。
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剪切速率與塗佈工程
塗佈設備運作時。
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材料會受到高速剪切。
⸻
若材料具有剪切變稀特性。
⸻
黏度下降。
⸻
有利於塗佈。
⸻
若設計不當。
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則可能產生：
• 飛膠
• 條紋
• 塗佈不均
等問題。
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剪切速率與噴塗工程
噴塗過程中。
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材料受到極高剪切速率。
⸻
常超過：
10,000 s⁻¹
⸻
因此噴塗材料通常需具備良好剪切變稀能力。
⸻
以降低霧化阻力。
⸻
剪切速率與乳液系統
乳液粒子受到高剪切作用時。
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可能發生：
• 聚集
• 結構破壞
• 泡沫生成
⸻
因此乳液開發需考量剪切穩定性。
⸻
與接著工程的關係
剪切速率直接影響：
Viscosity
黏度。
⸻
Shear Thinning
剪切變稀。
⸻
Coating
塗佈性。
⸻
Lamination
貼合效率。
⸻
Sprayability
噴塗性能。
⸻
Pumpability
輸送性能。
⸻
因此剪切速率是接著工程的重要製程參數。
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無溶劑PU案例
無溶劑貼合時。
⸻
塗佈輥之間產生高剪切速率。
⸻
造成黏度下降。
⸻
提高塗佈均勻性。
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這也是無溶劑系統能夠高速塗佈的重要原因之一。
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PSA案例
壓敏膠在塗佈過程中。
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需同時兼顧：
• 剪切變稀
• 黏彈性
• 潤濕性
⸻
因此剪切速率分析是產品開發的重要環節。
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常見應用
接著劑開發
Adhesive Development。
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軟包裝貼合
Flexible Packaging Lamination。
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PSA壓敏膠
Pressure Sensitive Adhesive。
⸻
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）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thinning（剪切變稀）
• Shear Thickening（剪切增稠）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
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FAQ
Q1：剪切速率越高代表黏度越低嗎？
僅適用於剪切變稀系統。
牛頓流體黏度不受剪切速率影響。
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Q2：剪切速率與轉速是否相同？
不同。
轉速只是設備條件之一。
剪切速率反映材料實際受到的變形速率。
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Q3：為何規格書要標示測試條件？
因為不同剪切速率可能得到不同黏度結果。
若缺少測試條件。
數據無法正確比較。
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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，剪切速率是流變分析中最容易被忽略卻最具影響力的參數之一。
許多產品在實驗室測試與實際量產之間出現巨大差異，往往並非配方改變，而是材料所承受的剪切速率不同。
實務上常見的塗佈不均、飛膠、流平異常與輸送問題，都可能與剪切速率條件有關。
因此在產品開發與製程導入階段，建議同步評估 Shear Rate（剪切速率）、Viscosity（黏度）、Shear Thinning（剪切變稀）與 Rheology（流變學）行為，才能建立真正符合量產需求的流變設計。
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延伸閱讀
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thinning（剪切變稀）
• Shear Thickening（剪切增稠）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
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參考文獻
1. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
2. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
3. Barnes, H.A. A Handbook of Elementary Rheology.
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 Rate
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一句話定義
剪切速率（Shear Rate）是描述流體內不同流動層之間相對移動速度差異的物理量，代表材料受到剪切變形的速率，通常以 s⁻¹（每秒）表示，是流變學與接著工程最重要的基本參數之一。
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為什麼重要
相同一支接著劑。
在儲存桶中可能十分黏稠。
⸻
進入塗佈設備後。
卻變得容易流動。
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進入噴塗設備時。
又可能進一步降低黏度。
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造成這些現象的關鍵因素之一。
便是剪切速率。
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許多工程師習慣比較黏度數值。
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卻忽略黏度往往會隨剪切速率改變。
⸻
因此若不知道測試條件。
⸻
單純比較黏度數據。
可能產生誤判。
⸻
在非牛頓流體系統中。
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剪切速率的重要性甚至高於黏度本身。
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基本原理
當流體流動時。
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不同位置的流體速度並不相同。
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例如：
流體在管壁附近。
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流速較慢。
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流體在中心區域。
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流速較快。
⸻
因此形成速度梯度。
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此速度差異造成流體層之間互相滑動。
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稱為：
Shear
剪切。
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剪切變化的快慢程度。
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即為：
Shear Rate。
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剪切速率的物理意義
可將流體想像成許多薄層堆疊。
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當上層流動速度快於下層時。
⸻
兩層之間產生相對位移。
⸻
若位移速度差異很大。
⸻
表示剪切速率高。
⸻
若位移速度差異很小。
⸻
表示剪切速率低。
⸻
因此剪切速率本質上反映：
流體變形速度。
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剪切速率定義
剪切速率表示為：
dot{gamma}=frac{dv}{dy}
其中：
γ̇ = 剪切速率
dv = 速度差
dy = 流層距離
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單位通常為：
s⁻¹
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代表每秒變形次數。
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剪切速率與剪切應力關係
在流變學中。
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剪切速率與剪切應力密切相關。
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牛頓流體可表示為：
tau=etadot{gamma}
其中：
τ = 剪切應力
η = 黏度
γ̇ = 剪切速率
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牛頓流體中。
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黏度固定不變。
⸻
因此剪切應力與剪切速率呈線性關係。
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非牛頓流體則不同。
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黏度會隨剪切速率改變。
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剪切速率與黏度關係
在大部分接著劑系統中。
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剪切速率提高。
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黏度下降。
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形成：
Shear Thinning
剪切變稀。
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因此相同材料在不同設備中。
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可能呈現不同黏度。
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原因即來自剪切速率差異。
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重要數據或表格
常見製程剪切速率範圍
製程 剪切速率 (s⁻¹)
儲存靜置 <1
慢速攪拌 1–100
滾輪塗佈 100–1,000
刮刀塗佈 1,000–10,000
噴塗 10,000–100,000
噴墨印刷 >100,000
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不同條件下流動行為
剪切速率 常見現象
極低 儲存穩定性
低 沉降行為
中 塗佈行為
高 噴塗行為
極高 霧化行為
⸻
剪切速率與Brookfield黏度
Brookfield黏度計。
⸻
本質上也是在特定剪切速率下量測黏度。
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因此：
不同轉速。
↓
不同剪切速率。
↓
不同黏度結果。
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這也是Brookfield測試必須標示：
• 轉子
• RPM
• 溫度
的原因。
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剪切速率與塗佈工程
塗佈設備運作時。
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材料會受到高速剪切。
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若材料具有剪切變稀特性。
⸻
黏度下降。
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有利於塗佈。
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若設計不當。
⸻
則可能產生：
• 飛膠
• 條紋
• 塗佈不均
等問題。
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剪切速率與噴塗工程
噴塗過程中。
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材料受到極高剪切速率。
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常超過：
10,000 s⁻¹
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因此噴塗材料通常需具備良好剪切變稀能力。
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以降低霧化阻力。
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剪切速率與乳液系統
乳液粒子受到高剪切作用時。
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可能發生：
• 聚集
• 結構破壞
• 泡沫生成
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因此乳液開發需考量剪切穩定性。
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與接著工程的關係
剪切速率直接影響：
Viscosity
黏度。
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Shear Thinning
剪切變稀。
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Coating
塗佈性。
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Lamination
貼合效率。
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Sprayability
噴塗性能。
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Pumpability
輸送性能。
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因此剪切速率是接著工程的重要製程參數。
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無溶劑PU案例
無溶劑貼合時。
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塗佈輥之間產生高剪切速率。
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造成黏度下降。
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提高塗佈均勻性。
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這也是無溶劑系統能夠高速塗佈的重要原因之一。
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PSA案例
壓敏膠在塗佈過程中。
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需同時兼顧：
• 剪切變稀
• 黏彈性
• 潤濕性
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因此剪切速率分析是產品開發的重要環節。
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常見應用
接著劑開發
Adhesive Development。
⸻
軟包裝貼合
Flexible Packaging Lamination。
⸻
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）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thinning（剪切變稀）
• Shear Thickening（剪切增稠）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
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FAQ
Q1：剪切速率越高代表黏度越低嗎？
僅適用於剪切變稀系統。
牛頓流體黏度不受剪切速率影響。
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Q2：剪切速率與轉速是否相同？
不同。
轉速只是設備條件之一。
剪切速率反映材料實際受到的變形速率。
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Q3：為何規格書要標示測試條件？
因為不同剪切速率可能得到不同黏度結果。
若缺少測試條件。
數據無法正確比較。
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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，剪切速率是流變分析中最容易被忽略卻最具影響力的參數之一。
許多產品在實驗室測試與實際量產之間出現巨大差異，往往並非配方改變，而是材料所承受的剪切速率不同。
實務上常見的塗佈不均、飛膠、流平異常與輸送問題，都可能與剪切速率條件有關。
因此在產品開發與製程導入階段，建議同步評估 Shear Rate（剪切速率）、Viscosity（黏度）、Shear Thinning（剪切變稀）與 Rheology（流變學）行為，才能建立真正符合量產需求的流變設計。
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延伸閱讀
• Rheology（流變學）
• Viscosity（黏度）
• Shear Stress（剪切應力）
• Shear Thinning（剪切變稀）
• Shear Thickening（剪切增稠）
• Brookfield Viscosity（Brookfield黏度）
• Thixotropy（觸變性）
• Yield Stress（屈服應力）
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參考文獻
1. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
2. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
3. Barnes, H.A. A Handbook of Elementary Rheology.
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
