流变仪的基本应用和原理优秀课件 (2)
流变仪的基本原理及应用
25
旋转流变仪
椎板
在板间隙内速度沿θ 方向的分布是线性的，可以表示为
V
2
r
0
Ω：施加于椎板的
旋转角速度
θ0：锥顶角
0
1 r
R
应变速率张量的θφ 分量为剪切速率
s in r
V s in
0
F
锥板结构的示意图
※在锥顶角很小的情况下，剪切速率是常数，并且相应的流动为简单剪切流动。 这个结果是从牛顿流体得出的，我们也假设对于粘弹性流体它也成立。因此， 一般建议锥顶角应该小于3°。
26
旋转流变仪
锥板结构的优点：
(i) 剪切速率恒定，在确定流变学性质时不需要对流动动力学作任 何假设。不需要流变学模型；
(ii) 测试时仅需要很少量的样品，这对于样品稀少的情况显得尤为 重要，如生物流体和实验室合成的少量聚合物；
(iii) 体系可以有极好的传热和温度控制； (iv) 末端效应可以忽略，特别是在使用少量样品，并且在低速旋转 的情况下。
◆ 旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动。引入流动的方 法有两种：
流变学基础-第二章
第二章 粘度及其测量方法
R 0 2π 0
整个夹具区域受到的力矩： 整个夹具区域受到的力矩：
M =
∫
∫
Ω
θ
3
η r drd ϕ = η
2
Ω
θ
∫ ∫
0
R
2π
0
r 2 drdϕ
2πηΩR = 3θ
= kη Ω
2πR (k = ) 3θ
3
M η= kΩ
M Ω M 3M σ = ηD = • = = kΩ θ kθ 2πR 3
塑性流体 时，Ω=0， ，
M < 2πR12σ y L
2 2πR12σ y L < M < 2πR2 σ y L 时，
σy σy M M Ω= − ' − ' ln ' 2 4πη R1 L 2η 2η 2πR12σ y L
2 时 M > 2πR2 σ y L
σ y R2 1 1 Ω= ( 2 − 2 ) − ' ln ' η 4πη L R1 R2 R1
流变学基础
第二章 粘度及其测量方法
圆锥圆板型（ 圆锥圆板型（cone-plate） ）
设：圆锥、圆板的半径均为R， 圆锥、圆板的半径均为 ， 圆板在力矩M的作 圆锥锥角θ，圆板在力矩 的作 用下， 用下，以角速度Ω旋转 2π Ω= = 2πn
流变学基础及应用ppt课件
流变学基础
低分子物质：分子通过分子间的孔穴相继向某一 方向移动（外力
作用方向），形成液体宏观流动现象（牛顿流动） 纯液体和多数低分子溶液在层流条件下剪切应力Ｓ与剪切速度Ｄ成正
比，称这牛顿粘度定律，遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonian fluid）。粘度与剪切速度无关。
流变学基础
高分子链的化学结构对粘度的影响
分子链支化：短支链使粘度下降，长支链使粘度上升
短支链体系粘度比线形结构略低，
B
不能产生缠结，并使分子间距离增
1L
加,分子间作用力减小使粘度下降。 长支链使分子间易缠结，粘度增大，
如当支链的分子量大于临界分子量
的2～4倍，则粘度升为线性的100倍
以上。长支链在高频下容易发生解
流变学基础
影响流动性a的主要因素
温度：温度升高，粘度下降
Aexp(E /RT)
E 流动活化能
流动活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。流动过程中，流动单元用于
克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需要的最小能量
（J/mol,kcal/mol）,反映材料粘度变化的温度敏感性。活化能与分子结构关 系大，与分子量关系不大。Lgη0(T)=lgK+E η/2.303RT，一E η般(σ )为表观活化能
大多数聚合物熔体的剪切粘度对分子量具有相同 的依赖性，都各自有一个临界分子量Mc,当小于 Mc时,粘度与分子量成正比,当大于时,则粘度随着 分子量急剧增大.K1K2同温度和分子结构有关。
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
（1） 点击Viscometery，然后点击Zero Gap(位移)旁边的 方形按钮，对位置进行归零，确保位置的读数会有 小幅变化。
（2） 检查温度的读数不会显示“----”。 （3） 点击GAP按钮，进入模拟的GAP控制面板，检查通
(1-4) 将方程(1-4)中的变量r换成，得
(1-5) 结合方程(1-3)，这个结果可以写成
(1-6) 对求导，并利用Leibnitz法则，可以得到
(1-7) 应用方程(1-6)，得到最终的粘度表示：
(1-8) 对于非牛顿流体，首先用lnT对ln作图，然后利用局部斜率从方程 (1-8)计算粘度。对于满足指数定律的流体，扭矩
(1-9) 且lnT与nln成比例，因此粘度可以由以下简化的表达式给出：
(1-10) 选择流变仪的测试模式一般可以分为稳态测试、瞬态测试和动态测 试，区分它们的标准是应变或应力施加的方式。本实验着重介绍动态测
试模式，动态测试主要指对流体施加振荡的应变或应力，测量流体相应 的应力或应变。动态测试中，可以使用在被测材料共振频率下的自由振 荡，或者采用在固定频率下的正弦振荡。这两种方式都可用来测量粘度 和模量，不同的是在固定频率下的正弦振荡测试在得到材料性能频率依 赖性的同时，还可得到其性能的应变或应力依赖性。
《流变测量学》课件
食品工业与化妆品
食品的流变性质
食品的流变性质对其口感、质地和加工工艺 具有重要影响。通过流变测量技术，可以研 究食品的粘度、弹性、屈服应力等参数，为 食品加工工艺的优化和控制提供依据。
化妆品的流变性质
化妆品的流变性质对其涂抹性能、稳定性和 感官体验具有重要影响。通过流变测量技术 ，可以研究化妆品的粘度、弹性、屈服应力 等参数，为化妆品的配方设计和性能优化提 供依据。
现代发展
现代的流变测量学研究已经深入到微观和纳观尺度，涉及到分子动力学、原子 力显微镜等技术。同时，随着计算机技术和数值模拟方法的进步，流变测量学 的研究也更加深入和精确。
CHAPTER 02
流体的基本性质
粘性
粘性
流体抵抗剪切力的性质。
粘度
衡量流体粘性大小的物理量，与流体的种类 和温度有关。
牛顿粘性定律
复杂流体与非牛顿流体的测量问题
总结词
复杂流体和非牛顿流体的测量问题是流变测量学面临 的挑战之一，需要发展新型的测量方法和仪器。
详细描述
针对复杂流体和非牛顿流体的流变特性，需要研究和 发展新型的测量方法和仪器，以实现对这些流体的准 确测量。例如，可以采用新型的传感器和检测技术， 以及多参数、多物理场耦合的测量方法，以提高测量 的精度和可靠性。同时，还需要加强基础研究，深入 了解复杂流体和非牛顿流体的流变机理，为测量技术 的发展提供理论支持。
流变学实验-2-流变仪测动态粘度培训课件
精品文档
聚合物熔体动态粘度的测试
胡圣飞 编
一 实验目的
1．了解旋转流变仪的基本结构、工作原理。
2．掌握采用旋转流变仪测量聚合物的动态粘度的方法。
二 实验仪器
TA 旋转流变仪（型号：DHR-2）、强制空气加热炉（ETC ）、空气压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷
三 实验材料
高密度聚乙烯圆片（直径2.5mm ，厚度1-2mm ）
四 实验原理
聚合物受外力作用时，会发生流动与变形，产生内应力。流变学所研究的就是流动、变形与应力间的关系。旋转流变仪是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动的。引入流动的方法有两种：一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，这种方法最早是由Couette 在1888年提出的，也称为应变控制型，即控制施加的应变，测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，它是由Searle 于1912年提出的，也称为应力控制型，即控制世界的应力，测量产生的应变。实际用于粘度等流变性能测量的几何结构有同轴圆筒（Couette ）(见图1)、锥板(见图2)和平行板(见图3)等。本实验主要介绍平行板结构的基本工作原理。
图1 同轴圆筒结构示意图 图2 锥板结构示意图 图3 平行板结构示意图
平行板主要用来测量熔体流变性能。平行板主要的优点在于（Collyer et al. 1988，Macosko 1994）：
①平行板间的距离可以调节到很小。小的间距抑制了二次流动，减少了惯性矫正，并通过更好
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
应变控制型流变仪的动态频率扫描模式是以一定的应变幅度和温 度，施加不同频率的正弦形变，在每个频率下进行一次测试。对于应力 控制型流变仪，频率扫描中设定的是应力的幅度。频率的增加或减少可 以是对数的和线性的，或者产生一系列离散的频率。在频率扫描中，需 要确定的参数是：应变幅度或应力幅度，频率扫描方式(对数扫描，线 性扫描和离散扫描)和实验温度。从频率扫描可以得到的信息包括：
①与分子量密切相关的粘度数据； ②从分子量数据和分子量分布，可以检测到长支链的含量； ③零剪切粘度η0可以从损耗模量G”求得，平衡可恢复柔量Je0可从储 能模量G’求得，平均松弛时间λr可从Je0和η0的乘积求得。
图4 一种窄分子量分布的聚苯乙烯(分子量(MW)=170000)的动态频率扫 描曲线
(1-14) 然而有些高聚物在平台区tan无最小值，Wu提出了一个半经验公式用以 从交叉模量（Gx）和分子量分布指数（PI）得到GN0
(1-15) 众所周知，缠结结构可以认为是暂时的和非化学的“交联网络”。如 果假设缠结网络是稳定的，则缠结“链段（相邻两个缠结点的分子 链）”的分子量，即缠结分子量Me，可从平台模量GN0得到
种结构的夹具。完成整个实验必须配备的仪器有：强制空气加热炉
Chapter 6 流变仪的基本原理及应用
流动曲线的时温叠加
聚合物熔体弹性的研究
由末端校正计算熔体弹性 法向应力差的计算
挤出胀大比的研究
21
毛细管流变仪
测黏数据处理
22
毛细管流变仪
负荷与滑塞速度 平衡
此处n不是幂律指数
23
毛细管流变仪
计算出毛细管管壁处剪切速率
管壁处黏度
用毛细管流变仪所测得数据实为 管壁处流变数据
11
横向截距 LB /D = e0 /2
毛细管流变仪
2、Rabinowitsch 校正
该公式为通式，推导时并未限制流体类型
壁剪切应力
真实剪切速率
n与1的差异可描述偏离牛顿流体的程度； 大多数高分子浓溶液和熔体n通常小于1；
牛顿黏度
此处n并非幂律定律中的非牛顿指数；
牛顿流体表达式
12
毛细管流变仪
入口压力降的典型应用
eg.橡胶工业中常用的门 尼粘度计
3
混炼机型流变仪： 一种组合式转矩流变 仪，带有小型密炼机和小 型螺杆挤出机及各种口模
优点：测量结果和实际加 工过程相仿
毛细管流变仪
旋转流变仪
转矩流变仪
2
关于流变仪的简单介绍
常见流变仪的剪切速率范围及测黏范围
精确测量范围取决于各自测量面积和样品性质
压缩型门尼粘度计的剪切速率范围大于振荡型
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
(1-5) 结合方程(1-3)，这个结果可以写成
(1-6) 对求导，并利用Leibnitz法则，可以得到
(1-7) 应用方程(1-6)，得到最终的粘度表示：
(1-8) 对于非牛顿流体，首先用lnT对ln作图，然后利用局部斜率从方程 (1-8)计算粘度。对于满足指数定律的流体，扭矩
8． 关机。 （1） 退出软件，关闭流变仪开关。 （2） 关闭ETC开关。 （3） 关闭循环水浴电源。 （4） 将空压机电源拔至“0”位，将储水盒中的水倒掉，待 空压机风扇停止转动后，关闭空压机电源。 （5） 关闭电脑。
六 注意事项 1．空气轴承是旋转流变仪的核心部分，在使用流变仪之前一定要
接通空气，如果没有接通空气，任何使用和搬动流变仪都可能会导致 空气轴承损坏。
压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷
三 实验材料 高密度聚乙烯圆片（直径2.5mm，厚度1-2mm）
四 实验原理 聚合物受外力作用时，会发生流动与变形，产生内应力。流变学所
研究的就是流动、变形与应力间的关系。旋转流变仪是现代流变仪中的 重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速 确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。
1995)。 储能模量和耗能模量交点处的频率只是多分散性指数的函数，满
足 (1-12)
利用方程(1-12)可以很方便地估计聚合物我零剪切粘度，而不用花很 长时间作低频或低剪切速率的测试。
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
聚合物熔体动态粘度的测试
胡圣飞编
一实验目的
1．了解旋转流变仪的基本结构、工作原理。
2．掌握采用旋转流变仪测量聚合物的动态粘度的方法。
二实验仪器
TA旋转流变仪（型号：DHR-2）、强制空气加热炉（ETC）、空气压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷
三实验材料
高密度聚乙烯圆片（直径2.5mm，厚度1-2mm）
四实验原理
聚合物受外力作用时，会发生流动与变形，产生内应力。流变学所研究的就是流动、变形与应力间的关系。旋转流变仪是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动的。引入流动的方法有两种：一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，这种方法最早是由Couette在1888年提出的，也称为应变控制型，即控制施加的应变，测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，它是由Searle于1912年提出的，也称为应力控制型，即控制世界的应力，测量产
生的应变。实际用于粘度等流变性能测量的几何结构有同轴圆筒（Couette）(见图1)、锥板(见图2)和平行板(见图3)等。本实验主要介绍平行板结构的基本工作原理。
图1 同轴圆筒结构示意图图2 锥板结构示意图
图3 平行板结构示意图
平行板主要用来测量熔体流变性能。平行板主要的优点在于（Collyer et al. 1988，Macosko 1994）：
①平行板间的距离可以调节到很小。小的间距抑制了二次流动，减少了惯性矫正，并通过更好 1
流变仪的使用及原理
流变仪的使用及原理
流变仪是一种用于研究物质流变性质的仪器，它可以测量物质在外力作用下的变形和流动特性，常用于液体、半固体和高分子材料等领域。下面将从使用和原理两个方面来回答这个问题。
一、使用
1. 样品制备：首先需要准备好样品，根据不同的测试目的，可以选择不同的样品制备方法。例如，对于液体样品，可以直接使用；对于固体样品，需要将其溶解或者研磨成粉末等形式。
2. 测试前准备：将样品注入流变仪的测试腔室中，并按照仪器说明书调整测试参数，如温度、转速、应变率等。
3. 进行测试：启动流变仪，进行测试。测试过程中，仪器会对样品施加外力，如剪切力、挤压力等，并测量样品的应变和应力等参数。
4. 数据分析：测试完成后，需要对测试数据进行处理和分析，如绘制应力-应变曲线、计算材料的流变指标等。
二、原理
流变仪的原理基于牛顿第二定律和流体力学原理。在测试过程中，通过施加不同的外力，如剪切力、挤压力等，使样品发生变形和流动，同时测量样品的应变和应力等参数。根据牛顿第二定律，应力与应变成正比，即：
σ= Gγ
其中，σ表示应力，G表示材料的剪切模量，γ表示应变。根据流体力学原理，材料的流动特性可以通过流变学参数来描述，如黏度、流变指数等。流变指数是描述材料流动特性的一个重要参数，它可以用来区分不同类型的材料，如牛顿流体、非牛顿流体等。
总之，流变仪是一种重要的测试仪器，可以用于研究各种材料的流变性质，对于材料的研究和工程应用具有重要的意义。
流变学实验2流变仪测动态粘度
聚合物熔体动态粘度的测试
胡圣飞编
一实验目的
1．了解旋转流变仪的基本结构、工作原理。
2．掌握采用旋转流变仪测量聚合物的动态粘度的方法。
二实验仪器
TA旋转流变仪（型号：DHR-2）、强制空气加热炉（ETC）、空气压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷
三实验材料
高密度聚乙烯圆片（直径2.5mm，厚度1-2mm）
四实验原理
聚合物受外力作用时，会发生流动与变形，产生内应力。流变学所研究的就是流动、变形与应力间的关系。旋转流变仪是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动的。引入流动的方法有两种：一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，这种方法最早是由Couette在1888年提出的，也称为应变控制型，即控制施加的应变，测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，它是由Searle 于1912年提出的，也称为应力控制型，即控制世界的应力，测量产生的应变。实际用于粘度等流变性能测量的几何结构有同轴圆筒（Couette）(见图1)、锥板(见图2)和平行板(见图3)等。本实验主要介绍平行板结构的基本工作原理。
图1 同轴圆筒结构示意图图2 锥板结构示意图图3 平行板结构示意图
平行板主要用来测量熔体流变性能。平行板主要的优点在于（Collyer et al. 1988，Macosko 1994）：
①平行板间的距离可以调节到很小。小的间距抑制了二次流动，减少了惯性矫正，并通过更好的传热减少了热效应。综合这些因素使得平行板结构可以在更高的剪切速率下使用。
流变仪原理
流变仪原理
引言：
流变仪是一种用来测量物质流变性质的仪器，它通过施加外力并测量物质的变形来研究其流动行为。流变仪的原理十分复杂，本文将从流变仪的基本原理、工作原理和应用领域等方面进行介绍。
一、流变仪的基本原理
流变仪的基本原理可以归结为牛顿黏度定律。根据牛顿黏度定律，物质的应变速率与所受剪切力成正比，比例系数即为黏度。流变仪利用旋转或振动的方式施加剪切力，再测量物质的应变速率，从而计算出物质的黏度。
二、流变仪的工作原理
流变仪主要由悬挂系统、驱动系统、控制系统和测量系统组成。悬挂系统用于悬挂待测物质，驱动系统通过旋转或振动的方式施加剪切力，控制系统用于控制剪切力的大小和频率，测量系统用于测量物质的应变速率。流变仪通过控制剪切力的大小和频率，测量物质的应变速率，并根据牛顿黏度定律计算出物质的黏度。
三、流变仪的应用领域
流变仪广泛应用于液体、半固体和软物质的研究中。以下是流变仪在不同领域的应用：
1. 化妆品工业：流变仪可以用来研究化妆品的黏度、弹性和流变性，
以优化产品的质地和稳定性。
2. 食品工业：流变仪可用于测量食品的黏度和流变性，以改善食品的口感和质量。
3. 医药工业：流变仪可以用来测试药物的黏度和流变性，以确保药物在生产和使用过程中的稳定性和可操作性。
4. 塑料工业：流变仪可用于研究塑料的熔融和加工性能，以改进塑料制品的质量和生产效率。
5. 橡胶工业：流变仪可以用来测试橡胶的流变性和粘弹性，以改善橡胶制品的性能和可靠性。
6. 石油工业：流变仪可用于研究石油和油藏流体的黏度和流变性，以指导石油勘探和开采过程。
流变仪的基本原理及应用
该公式为通式，推导时并未限制流体类型
壁剪切应力
真实剪切速率
牛顿黏度
牛顿流体表达式
n与1的差异可描述偏离牛顿流体的程度； 大多数高分子浓溶液和熔体n通常小于1； 此处n并非幂律定律中的非牛顿指数；
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毛细管流变仪
入口压力降的典型应用
零长毛细管流变仪法测量PVC样品在不同辊温下素炼后的凝胶化程度
◆ 旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动。引入流动的方法 有两种：
※一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，也称为应变控制型，即控制 施加的应变，测量产生的应力；
※另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，也称为应力控制型， 即控制施加的应力，测量产生的应变。
◆ 一般商用应力控制型流变仪的力矩范围为10−7 到10−1 N⋅m，由此产生的 可测量的剪切速率范围为10−6 到103 s−1，实际的测量范围取决于夹具结构、 物理尺寸和所测试材料的粘度。
◆ 实际用于粘度及流变性能测量的几何结构有同轴圆筒、锥板和平行板等。
25
旋转流变仪
椎板
在板间隙内速度沿θ 方向的分布是线性的，可以表示为
V
2
r
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0
Ω：施加于椎板的
旋转角速度
θ0：锥顶角
0
1 r
流变仪的基本原理及应用
黏度的测量：
对于非牛顿流体，因为剪切速率随径向位置而变化，粘度不再与扭矩 成正比。因此需要进行Robinowitsh 型的推导。
扭矩：
T 2
R 0
z
rr
2dr
2
R rr3 dr
0h
对γ求导，并利用Leibnitz 法则，可以得到
d
T
2R3
dR
R 3R4
R 3d
0
最终的粘度表示
R
T
2R 3R
3
d
ln
T
2R
3
d ln R
34
旋转流变仪
第一法向应力差的测量：
动力学方程的r 分量可以表示为
0
P r
1 r
实验中： 1、应保持Q恒定，若Q变，相当于 剪切速率改变， e0 也随之变化； 2、由于∆pent主要因流体贮存弹性 引起，故影响材料弹性的因素同样 会影响e0取值； 3、当长径比小、剪切速率大、温 度低时，不可忽略入口校正； 4、长径比>40时，∆pent所占比例 小可不做入口校正。
11
毛细管流变仪
(vi) 平的表面比锥面更容易进行精度检查。
(vii) 通过改变间距和半径，可以系统的研究表面和末端效应。
流变学实验-2-流变仪测动态粘度
3．插销防止轴承旋转，通常是用于安装测量系统和加载样品。直 到测试之前，都必须将转轴上的凹槽与插销对准，将转轴锁定。
4．安装测量系统时，先松开螺丝，然后左手托住测量系统，右手 拧紧螺丝。
5．每次更换了测量系统都必须重新校零。 6．样品加载过程中应避免破坏材料的结构。样品加载不要加的太 多，也不要加的太少，可以使用平面刮刀将多余的样品刮掉。 7．测试结束后ETC、夹具等可能很烫，应小心触碰，以免烫伤， 必要时应戴手套。 8．禁止使用腐蚀性、酸性等液体清洗夹具。
(1-11) 式中Gx= G’= G”是储能模量和耗能模量交点处的模量(单位为Pa)。PI 越小，分子量分布越窄；反之PI越大，分子量分布越宽。流变多分散 性指数PI的应用有严格的限制范围，它只适用于Ziegler-Natta催化合 成的聚丙烯样品，对其他样品的适用性不好(Bafna. 1997；Chambon.
(1-16) Doi-Edwards管道模型考虑了链的滑移对缠结结构的影响并对上式
作出了修改
(1-17)
八 思考题 1． 常用的流变参数有哪些？ 2． 聚合物熔体的粘度受哪些因素的影响？ 3． 举例说明流变学在实际生产、生活中的应用。
二 实验仪器 TA旋转流变仪（型号：DHR-2）、强制空气加热炉（ETC）、空气
压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷
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p p e n p d i p e x
出口
料筒
口模
口模挤出过程的压力分布
⑵ 入口处由高聚物熔体产
生弹性变形，弹性能的储
存能量消耗造成压力降。
⑶ 熔体流经入口处，由 于剪切速率的剧烈增加 引起流体流动骤变，为 达到稳定的流速分布而 造成压力降。
在全部压力损失中，95%是由弹性能贮存引起，
仅有5%由粘性耗散引起。对于粘弹性流体，可将入
瞬态流变实验
实验时材料内部的应力或应变发生阶跃变 化。相当于一个突然的起始或终止流动。
流变测量学
是应用有效测定材料流变性能和数据的技术，通过获 取材料的流变参量，进行流变分析，进行对新材料的 研制，寻找材料的本构方程。
流变测定的目的
⑴ 物料的流变学表征。最基本的流变测量任务。通 过物料流变性质的测量可了解体系的组分、结构及测试 条件等对加工流变性能的贡献，为材料物理和力学性能 设计、配方设计、工艺设计提供基础数据和理论依据， 通过控制达到期望的加工流动性和主要物理力学性能。
流变仪的基本应用和原 理
流变测量仪器
挤出式流变仪
旋转式流变仪 转矩流变仪
毛细管流变仪(恒速型) 熔体指数仪(恒压型) 同轴圆筒粘度计 平行板式流变仪 锥板式流变仪 门尼粘度计
拉伸流变仪
稳态流变实验
实验中材料内部的剪切速率场、压力场和 温度场恒为常数，不随时间变化。
流变测量模式
动态流变实验
实验中材料内部的应力和应变场均发生交 替变化，一般以正弦规律进行，振幅较小。
⑵ 工程流变学研究和设计。借助流变测量研究聚 合反应工程、高聚物加工工程及加工设备、模具设计 制造中的流场及温度场分布，研究极限流动条件及其 与工艺过程的关系，确定工艺参数，为实现工程优化， 完成设备与模具CAD设计提供可靠的定量依据。
⑶ 检验和指导流变本构方程理论的发展。流变测量 的最高级任务。这种测量必须是科学的，经得起验证 的。通过测量，获得材料真实的粘弹性变化规律及与 材料结构参数的内在联系，检验本构方程的优劣，推 动本构方程理论的发展。
出口压降。
§6.1.2.1 Bagley修正
考虑和计入入口效应的压力损
失，常用贝格里(Bagley)方法。
在一定剪切速率下，料筒-毛细管
的总压力降与毛细管的长径比是
线性关系。
R
rz,max
pR 2L
贝格里法计算毛细管壁上的剪
切应力τR的修正式(设虚拟的延长
毛细管长度 LB e0 R )
R2L ' peR0R2L R ' pe02 pL R ' pm
展段的真实应力和剪切速率，由此计算出来的粘度也是不准确的，必须
对所得数据进行入口和出口修正。
高聚物熔体从大直径料筒进入小
直径口模会有能量损失
⑴
⑵ ⑶
料筒
口模
挤出物胀大
口模入口处的压
力降 p e n 被认为
由3个原因造成
⑴ 熔体粘滞流动的流线 在入口处产生收敛所引起 的能量损失，造成压力降。
稳态层流的粘性能量损失
实验中应保持体积流量恒定，若流量变化，相当
§6.1 于剪切速率发生变化，则e0也会相应变化。由于入
毛 口压力降主要因流体贮存弹性引起，因此一切影响
细 材料弹性的因素(如分子量、分子量分布、剪切速
管 率、温度等)都会对e0产生影响。实验表明，当毛
流 细管长径比较小、剪切速率较大、温度较低时，入 口修正不能忽略，否则不能得到可靠结果；而当毛
变 分发展，成为稳定流动。而在出口区附近，由
于约束消失，高聚物熔体表现出挤出胀大现象，
仪 流线又随之发生变化。
物料在毛细管中的流动可分为3个区域： 入口区、完全发展的流动区、出口区。
§6.1.2 完全发展区的流场分析
在毛细管流变仪的测量中，由于物料的流动存在着3个区域的原因，
一部分压力分别在入口和出口处损失掉了，因此得到的数据并非充分发
§6.1 口总压降人为地分成两部分。
毛
penpvispela
细 因此，对纯粘性的牛顿流体，入口压力降很小，
管 可忽略不计，而对高聚物粘弹性流体，则必须考虑
流 因其弹性变形所导致的压力损失。相对而言，出口 变 压降比入口压降要小得多。牛顿流体的出口压降为
0；粘弹性流体的弹性形变若在经过毛细管后尚未 仪 完全回复，至出口处仍残存部分内压力，即会导致
§6.1
毛 细 管 流 变 仪
——是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪之一。 优点：操作简单、测量范围宽(剪切速率约为10-2~105S-1) 具体应用： （1）测定热塑性高聚物熔体在毛细管中的剪切应力和剪 切速率的关系； （2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变 毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流 动现象； （3）预测高聚物的加工行为，优化复合体系配方、最佳 成型工艺条件和控制产品质量； （4）为高聚物加工机械和成型模具的辅助设计提供基本 数据； （5）作为高聚物大分子结构表征和研究的辅助手段。
1 简述高聚物加工成型过程。
第 2 影响高聚物加工成型的因素有哪些？
12 次
3 简述流变测定的目的。
课
作
业
题
§6.1
毛 细 管 流 变 仪
§6.1.1 基本结构 §6.1.2 完全发展区的流场分析 §6.1.3 入口压力降的典型应用 §6.1.4 出口区的流动行为 §6.1.5 基本应用 §6.1.6 毛细流变仪测粘数据处理
§6.1.1 基本结构
分类：恒压型和恒速型两类 §6.1 区别：恒压型的柱塞前进压力恒定，待测量为物料挤出速度；
恒速型的柱塞前进速率恒定，待测量为毛细管两端的压力差。
毛 压力型毛细管流变仪
细 核心部位：毛细管 管 长径比（L/D）=10/1、20/1、
30/1、40/1等；
流 过程：物料加热、柱塞施压、物 变 料挤出、测量流变参数
变 细管长径比很大时(L/D>40)，入口区压降所占比 仪 例很小，此时可不做入口修正。
§6.1.2.2 Rabinowitsch修正
仪
物料从直径宽大的料筒经挤
压通过有一定入口角的入口区
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进入毛细管，然后从出口挤出。 §6.1 由于物料是从大截面料筒流道
毛 进入小截面毛细管，此时的流
细 动状况发生巨大变化。
入口区附近物料会受到拉伸作用，出现了明
管 显的流线收敛现象，这种收敛流动会对刚刚进
入毛细管的物料流动产生非常大的影响。
流
物料在进入毛细管一段距离之后才能得到充