Page 193 - 《精细化工》2020年第1期

第 1 期 王 锰，等: 缔合型交联剂对多元共聚物流变特性的影响
方程的拟合结果显示，M-1 在低含量下使得流体的
非牛顿性增加，而在 M-1 含量为 0.375%、0.450%
时则出现了明显的下降，由于黏弹性流体的弹性特征
是导致流体非牛顿行为的主要因素，所以非牛顿指数
的变化也印证了模量的增长率在 M-1 含量达到一定值
后小于黏度的增长速率，导致流体非牛顿行为的减弱。
表 3 M-1 含量对陶粒沉降速率的影响
Table 3
0 0.075
沉降速率/（mm/s） 29.41 6.23
由表 3 可以看出，加入 M-1 后颗粒沉降速率迅
速降低，在 M-1 含量为 0.375%时，颗粒沉降速率已
经降至 1 mm/s 以下，随着 M-1 含量的继续增长，
颗粒在溶液中的沉降速率基本保持不变。流变实验
显示，在较低的 M-1 含量下交联网络并未明显构筑，
分子链间仅存在一定的疏水作用及静电力，然而颗
粒沉降速率依然出现了明显的改变，随着 M-1 含量
的增加，交联网络的出现使得颗粒沉降运动的阻力
变大，从而进一步提高了液体的悬砂性能。
3 结论
通过触变实验、蠕变实验的数据结合电镜扫描
图可以看出，缔合型交联剂 M-1 对多元共聚物
ZW-12 的影响分为 3 个阶段：（1）当 M-1 含量小于
0.300%时，M-1 对流体介观结构影响较小，体系流
变性质的变化主要受少量的疏水作用及静电力的影
响，高分子链仍以 Doi-Edwards 模型中的塑性形变
为主。（2）当 M-1 含量介于 0.300%~0.450%时，体
系结构已经发生变化，结构弹性的增强体现在
Maxwell 弹簧模量 G 0 的增长。同时高分子链间非共
价键力继续增长，导致黏度与分子链弹性运动一起
增加，表现为零剪切黏度 η 0 与 Kelvin-Voigt 弹簧模
量 G 1 变大。（3）当 M-1 含量超过 0.450%，体系多
种性质出现下降。Cross 方程与 Jeffrey 共旋随流模
型给出的松弛时间具有相同的变化趋势，在 M-1 含
量较低时，松弛时间较短，流体的非牛顿行为较明
显。当 M-1 含量达到 0.375%时，由于零切模量的大
幅增加，而模量的变化率小于黏度的增长率，松弛
时间变长，流体的非牛顿行为减弱。单颗粒沉降实
验表明，加入 M-1 后的体系使得陶粒的沉降速率大
幅降低。
本文主要讨论了聚合物 ZW-12 与缔合型交联剂
M-1 复配体系的流变性能，下一步的研究重点为：其
他添加剂对压裂液体系的性能影响以及多颗粒悬砂
与压裂液流变性能的关系。通过对压裂液体系流变
性能的全面考察，总结压裂液性能与流变学数据之
间的联系，企盼为工程施工提供更为合理的评价方法。
·179·
2.5 单颗粒沉降
悬砂性能是压裂液最核心的性能，决定了压裂
施工的质量，高悬砂性能可以提高液体的施工效率。
考察了单颗粒在不同 M-1 含量下的沉降速率，初步
讨论了 M-1 含量的变化对颗粒沉降速率的影响（基
液为 4 g/L ZW-12 溶液），结果见表 3。
Effect of M-1 content on the settlement rate of ceramsite
M-1 含量/%
0.150 0.225 0.300 0.375 0.450 0.525 0.600
2.57 1.11 0.85 0.45 0.12 0.08 0.04
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