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  • 發布時間:2021-06-13 14:03 原文鏈接: 旋轉流變儀的工作原理和應用范圍

      工作原理

      旋轉流變儀是研究測量材料流變學特性的儀器之一,采用對樣品施加強制穩態速率載荷、穩態應力載荷、動態正弦周期應變載荷或動態正弦周期應力載荷的方式,觀測樣品對所施加載荷的響應數據;通過測量剪切速率、剪切應力、振蕩頻率、應力應變振幅等流變數據,計算樣品的黏度、儲能模量、損耗模量、Tanδ等流變學參數。是材料領域應用最廣泛的流變測量儀器,可以研究從低黏度流體到高強度固體樣品的流動和變形特性。

      圖片

      旋轉流變儀根據其等級大致可以劃分為兩種,一種是以機械軸承馬達為核心測量結構的低等級旋轉流變儀,基本要求是可以進行連續的轉速控制,一般只具有穩態測量功能,可以測量黏度η、流動曲線、屈服應力、觸變性等流變學特性,但測量范圍比較小。

      另一種是以空氣軸承馬達為核心測量結構的高等級旋轉流變儀,基本要求是可以進行連續的轉速控制、可以產生正弦波應變或應力,具有穩態測量、動態測量、瞬態測量功能,可以測量黏度、流動曲線、屈服應力、觸變性、復數模量G*、儲能模量G'、損耗模量G"、Tanδ、應力松弛、蠕變等流變學特性,測量范圍比較寬。

      1)旋轉流變儀測量系統與樣品接觸,并施加載荷,并在穩態或動態模式下測量扭矩,用夾具系數將物理量(扭矩、轉速)轉化為流變學的參數(剪切速率、剪切應力、儲能模量、損耗模量、Tanδ),常用測量系統有:

      a. 平行板

      b. 同心圓筒

      c. 錐/平板

      d.固體扭擺夾具

      e.熔體拉伸夾具

      2)旋轉流變儀的控溫系統

      旋轉流變儀具有多種控溫系統可選,等級越高的流變儀可選的控溫系統越多,溫度范圍越寬;低等級旋轉流變儀一般使用液體循環器作為控溫設備,高等級旋轉流變儀一般可選半導體控溫 、電加熱控溫、對流輻射爐控溫等,一般適用范圍大致如下:

      半導體控溫(Peltier):一般在200℃以下,是使用最廣泛、最方便的控溫方式;

      電加熱控溫:一般在400℃以下,應用于聚合物熔體等材料的測試;

      對流輻射控溫爐:一般可達到600℃,低溫可達-150℃左右,特殊的可達1000℃,主要應用于高溫熔體、固體、玻璃熔體、低溫合金熔體等材料;

      3)流變儀測量的邊界條件有以下幾個方面

      1.流動必須是層流

      2.測試過程必須是穩態流動

      3.樣品與轉子之間沒有滑移

      4. 樣品是均勻的

      應用范圍

      材料

      工藝/產品

      相應流變特性

      聚合物-熱塑性

      可加工性和產品性能

      粘度、剪切變稀、彈性、柔量法向力

      結構(分子量、分子分布)

      彈性、粘度特性、零剪切粘度

      支化、填料、流動特性的影響

      零剪切粘度變化、彈性、柔量粘彈性能比較

      研磨材料

      原材料檢測(零剪切粘度、彈性模量、損耗模量、柔量)

      聚合物-熱固性

      最低粘度

      粘度曲線中的最小值

      凝膠時間(時間/溫度)

      彈性模量和損耗模量的交叉點

      硫化曲線/固化動力學

      模量曲線與溫度或時間的關系

      交聯密度

      平臺模量

      聚合物-彈性體

      交聯密度

      平臺模量或復粘度曲線

      填料的影響

      粘彈性的比較

      共混效果

      材料的應變依存性(線形粘彈性的區域大小)

      輪胎橡膠

      彈性模量、損耗模量、損耗因子

      粘合劑

      粘合和撕裂特性

      彈性模量、損耗模量的頻率依存性

      壓敏膠特性

      平臺模量的范圍

      涂料

      涂裝性

      粘度、剪切變稀、屈服應力

      垂掛性-涂刷、噴工藝

      彈性、結構回復

      流平性-涂刷

      彈性、結構回復

      掩縫性-涂刷

      彈性曲線、彈性、結構回復

      懸掛性

      法向力、彈性

      涂料-油墨

      穩定性、儲存期

      材料的時間依存性(線形粘彈性區域的大小)、蠕變

      流動性

      特定溫度下的粘度

      涂料-粉末

      流動性

      特定溫度下的粘度

      食品-面團、凝膠、分散液(懸乳液、乳液)

      穩定性、儲存期

      材料的時間依存性(線形粘彈性區域的大小)、蠕變

      相分離

      結構隨時間的變化

      凝膠

      結構性的增加、彈性

      產品性能一致性

      粘度和粘彈特性

      在加壓情況下的流動與分散

      粘度、剪切變稀

      個人護理產品-面霜、凝膠、分散液(懸乳液、乳液)

      穩定性、儲存期

      材料的時間依存性(線形粘彈性區域的大小)、蠕變

      相分離

      結構隨時間的變化

      凝膠

      結構性的增加、彈性

      產品性能一致性

      粘度和粘彈特性

      在加壓情況下的流動與分散

      粘度、剪切變稀

      陶瓷-漿料

      穩定性、儲存期

      材料的時間依存性(線形粘彈性區域的大小)、蠕變

      流動性鑄造流動性能

      特定溫度下的粘度

      粘度、屈服應力、結構變化

      油品、油脂、潤滑劑油品

      傾倒性

      特定溫度下的粘度

      改性劑的效果

      粘度、屈服應力、結構變化

      原油中石蠟的分析

      特定溫度下的粘度

      油脂、潤滑劑:組分、結構

      結構和粘度的變化

      潤滑劑的混合

      粘度曲線、屈服應力、柔量、結構變化

      總的來說,使用旋轉流變儀,研究范圍涵蓋了從水到復合材料,能將微觀結構信息與加工過程緊密聯系在一起。

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