转矩流变仪及其在塑料加工中的应用
转矩流变仪在PVC管材生产中的应用
故扭矩 急剧上升 ，当物料 负荷加 载结束
时 ，形成了最大扭矩值 Ｌ 。 Ｌ 区 为压 实段 ，树 脂 在 加 热 、剪 Ｖ 切 ，压 力作用 下 ，大 而疏 松的颗 粒少量
４ ． 产工艺配方的调整与评定 ２生
（） １稳定剂的影响 稳定剂对转矩流变曲线的影 响见图２
子 的阻力降低 ，反映 在 曲线上 为转矩 逐 渐 下降 。当高弹形 变恒定 以后 ，不可 逆 形 变随时 间持 续进行 ，达到稳 态流动 ，
对 曲线 １ 方进 行配 方调 整 ，调 整 的方 配
向是 增加 润滑剂 含量 ，以达 到改 善配 方 ｌ 工性能的 目的。 曲线３ 加 存在 的问题是
ＰＣ Ｖ物料施 加的剪切作 用产生的摩擦热 ， 在这双重热 量的作 用下 ，树脂 粒子不 断 熔融和破碎 成为初级 粒子 ，同时大部 分
态 转变 ，通 过扭矩 随 时间的变化反 映 出
转 速 以及 显示 实验 曲线 ；主 机平 台具有
来；
（）Ｖ物料塑化的全过程 由软件记录 ３ＰＣ 下来 ，并且可 实 时了解温度 、压力 、扭
同时 ，已经 向规模化 、理 性化转 变 ，众 控速 和测 力的驱 动装置 ；加 热室 内有两
破碎 ，物系 由静 摩擦 变为动摩擦 ，因而 对转子的阻抗减小 ，Ｐ Ｃ Ｖ 颗粒破碎成初级
粒子 ，产生形变使体积逐渐缩小 ，ＰＣ Ｖ物
图２ 中曲线 １，２ 分别 是不 同厂 家 ，３
反映在转矩流变 曲线上为０ ，即稳 定转 稳 定剂相 同含量 时的流 变 曲线 ，其中 曲 点
料微粒 问孔 隙度 逐渐减 少 ，所 占体 积减 矩 （ 衡 扭矩 ） 平 。 少 ，使 转矩流变 仪的混炼 室 中的 自由空 间逐渐增 大 、转子 的阻 力不断减少 ，反
转矩流变仪
ZJL—200计算机控制转矩流变仪一、转矩流变仪的用途：转矩流变仪可以用来研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为，其最大特点是能在类似实际加工过程的条件下连续、准确可靠地对体系的流变性能进行测定。
可以完成的典型实验有XLPE材料的交联特性测定，PVC 材料融合特性以及热稳定性的测定，材料表观粘度与剪切速率关系的测定等。
二、转矩流变仪主要功能：1）主机:接收和发送数据信号控制温度和机械传动机构。
2）挤出机：螺杆在固定温度的机筒挤压熔融料样顺着螺旋旋转方流向口模3）混炼器：一定形状的转子在定温度定容积的腔体中均匀混合料样。
4）计算机软件：监测和控制温度、压力、传动机构并实时勾画压力--时间；温度--时间；扭矩—时间等曲线。
5）其它：可增配牵引单元、三辊压延、吹膜机、自动称重、自动测量等测试功能。
三、转矩流变仪性能指标1）电机功率：3.0 kW2）转速范围：0.1~120 rpm3）速度控制精度：0.3%F.S.4）转矩测量范围：0 ~ 200Nm5）转矩测量精度：0.1%F.S6）熔体压力测量范围：0.1~100Mpa7）压力测量精度：0.5 %F.S.8）温度控制范围（五路控温）：室温~300℃9）温度控制精度：+1.0℃10）混练机最大容量：50ml11）塑料单螺杆挤出机（材料38CrMOALA）（1）螺杆长径比：L/D 25：1（2）毛细管模具（内径1.27mm、长径比20：1、30：1、40：1）13）图形显示：转速、转矩、温度、压力、扭矩14）主机+挤出机外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）15）主机+混炼器外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）16）电压：AC380V 6kW四、转矩流变仪主要配置1、测控主机1）驱动电机及驱动器1套2）减速机1套3）扭矩传感器1个4）测控温度表5块5）测控电路（含压力、温度、扭矩、转速、放大电路等）1套2、混炼器单元1）加热板（含加热元件）3块2）压料装置1套3）转子（Roller型）2支3、挤塑机单元1）单螺杆（长径比：L/D 25：1）1套2）螺筒1套3）装料装置1套4）加热装置5路4、试验软件1）聚合物熔体测量数据处理软件1套2）挤出机数据处理软件1套3）混合器数据处理软件1套5、模具毛细管模具内径1.27mm、长径比：20：1 1只30：1 1只40：1 1只6、清华同方品牌计算机1套7、HP彩色喷墨打印机1台平行异行双螺杆挤出机（材料：GH113高温钢+MJ合金高温钢）：1）螺杆类型：平行异向双螺杆2）螺杆直径：42mm3）长径比：7：14）温度范围：室温~300℃5）控温精度：1%F.S6）转矩测量范围：0~200N.m7）转矩测量精度：1%F.S五、曲线示例混炼机计算机挤出机图a PVC融合(单曲线) 图b PVC热稳定图c XLPE交联。
流变仪的用途和应用
1. 测定食品的流变性质，如酸奶、果酱、果冻等产品的稠度、流动性。2. 研究食品在加工和储存过程中的流变行为变化，优化食品加工工艺。
其他应用
1. 涂料和油墨行业：用于测定涂料和油墨的流变性质，如粘度、流动性和稳定性。2. 制药行业：研究药物溶液的流动性和稳定性，优化药物制剂工艺。3. 石油化工行业：研究石油产品的流变性质，如原油、润滑油等的粘度和流动性。4. 地质学：研究岩石和土壤的流变性质，有助于地质勘探和地质灾害预测。
流变仪的用途和应用
用途/应用领域
具体应用
材料科学研究
1. 研究高分子材料（如塑料、橡胶、树脂）的流变性，包括材料的粘性、弹性、塑性等。2. 表征高分子材料的分子量和分子量分布。3. 指导材料制备工艺和加工工艺的优化。
物理学研究
1. 研究液体的黏性行为。2. 研究固体的弹性行为及固液转变过程中的力学性质。3. 揭示物质的物理性质与微观结构之间的关系。
化学研究
1. 研究化学反应过程中的流变性变化，如黏度变化、凝胶化过程中的黏弹性行为。2. 揭示化学反应机理和化学反应动力学规律。
生物学研究
1. 研究生物组织的力学性质和流变性，如细胞培养液的黏度、细胞膜的弹性。2. 揭示生物组织的结构和功Байду номын сангаас之间的关系，有助于生物医学研究的发展。
工程学研究
1. 研究各种工程材料的流变性，如塑料、涂料、石油等。2. 指导工程材料的制备和加工过程，提高工程材料的性能和使用效果。3. 应用于塑料加工、涂料生产、石油开采等领域的质量控制和产品研发。
转矩流变仪及其在塑料加工中地应用
返回转矩流变仪及其在塑料加工中的应用洪王暄迎思海亭理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
实验九塑化性能转矩流变仪的测定汇报人：日期:•实验目的与原理•实验设备与材料•实验步骤与方法目录•实验结果分析与讨论•实验结论与建议•实验注意事项与安全措施01实验目的与原理掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法。
了解塑化性能与转矩流变仪测定的关系。
探究不同材料在转矩流变仪下的塑化性能表现。
转矩流变仪是一种用于测量材料在加工过程中所表现出的流动性和塑化性能的仪器。
在转矩流变仪中，材料被加热至一定温度，并在一定的剪切应力作用下进行塑化。
通过测量材料在塑化过程中的转矩变化，可以了解材料的塑化性能。
塑化性能是材料加工过程中的重要参数，对于材料的加工质量和效率具有重要影响。
通过转矩流变仪的测定，可以深入了解材料的塑化性能，为材料的加工和应用提供重要依据。
本实验有助于学生掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法，提高实验技能和实践能力。
实验意义02实验设备与材料转矩流变仪主要由主机、加热系统、转子、搅拌器等组成。
结构组成工作原理主要功能通过加热系统对物料进行加热，转子在物料中旋转产生剪切力，使物料发生流动和变形。
用于测量物料的塑化性能，如塑化温度、塑化时间、塑化扭矩等。
030201转矩流变仪介绍根据实验要求选择适当的原料，如聚合物、添加剂等。
原料根据实验要求选择适当的助剂，如增塑剂、润滑剂等。
助剂转矩流变仪、天平、量筒、烧杯等。
仪器与设备实验材料准备实验设备安装与调试设备安装按照说明书要求正确安装转矩流变仪，确保设备稳定可靠。
调试与校准对设备进行调试和校准，确保测量准确性和稳定性。
安全操作遵守设备操作规程，确保实验过程安全可靠。
03实验步骤与方法选择具有代表性的塑料样品，确保样品无杂质和缺陷。
样品选择将塑料样品进行干燥、清洁和预处理，以消除外部因素对实验结果的影响。
样品处理将干燥和清洁后的塑料样品切割成标准尺寸的试样，以便于后续的实验操作。
样品切割样品制备与处理检查塑化性能转矩流变仪的各项功能是否正常，确保仪器处于良好状态。
转矩流变仪的工作原理
转矩流变仪的工作原理转矩流变仪是一种测试材料流变性能的仪器，主要用于测试各种材料的力学性能和变形特性，例如塑料、橡胶、涂料、纺织品等。
本文将对转矩流变仪的工作原理进行详细解析。
一、概述转矩流变仪测量的是所测试物质的流变性能。
所谓流变性能，指的是物质在受到外力（如剪切力、扭转力等）作用下的变形特性。
不同材料在受到不同外力时，其变形特性表现不同，因此需要使用不同的流变测试方法和仪器。
转矩流变仪主要通过旋转扭转试样来测量流变性能，同时可以测量材料的动态弹性模量、流体阻力力、压缩弹性模量等力学性能。
该仪器广泛应用于塑料、橡胶、涂料、纺织品等材料的研究和生产中，对提高产品的质量和性能至关重要。
二、结构和工作原理转矩流变仪的主要结构包括电机、传动装置、拉伸装置、刻度盘、显示和控制系统等。
下面将详细介绍其工作原理和各部分组成。
1、电机及传动装置转矩流变仪使用电机驱动扭矩盘旋转，使得试样受到扭矩作用，从而改变材料的形状。
电机的转速也是测试中的一个重要参数，可根据需要调节。
传动装置包括电机与扭矩盘之间的传动系统，主要由带动皮带、齿轮和轴承等组成。
这些部件既要保证工作顺畅，又要保证传动精度和稳定性，以减小误差。
2、拉伸装置拉伸装置是用来夹住样品并施加相应的载荷的。
其主要部分是夹具，可以根据需要更换不同类型的夹具。
夹具的设计要能够适应不同形状和尺寸的测试物质，并且能够确保试样与扭矩盘之间的离心力被最小化。
3、刻度盘刻度盘用于显示材料在受到外力作用时的变形情况。
它是用来记录扭矩盘的扭转角度，并输出其相关数据。
通常情况下，一次测试需要记录多个数据点，以便后续的数据处理和分析。
4、显示和控制系统转矩流变仪的显示和控制系统主要分为两个部分：数据采集系统和控制系统。
数据采集系统用来记录测试中产生的数据，并将其转换成所需要的形式，包括数字化和图形化输出。
控制系统则控制测试的过程，包括测试条件、采集方式、数据处理等。
三、应用范围1、塑料制品生产。
转矩流变仪在PVC产品加工中的应用
的高科拄设备进行产＾＾的跟踪、榆测Ｌ经被越来越多的∞『ｋ所认识，转矩流变仪的出现满址了这种
需要，将不可见的Ｐｖｃ混合料熔体状态客观地反映ｍ来，指导了Ｐｖｃ产品生产与质量管理。
ｌ转矩流变仪的初步介绍
转矩流变仪是一种综合性聚☆物材料流变性能测量设符，是了解配方及树脂混台物塑化特性及加丁性最 常使用的仪器，它能使我们了解树脂混台物在加工时由吲志逐渐变成岛弹态、＃－流态的流娈特性，并且足选
图２典型流变曲线 下面重点介绍，五个重要参数：加料扭矩、最低扭矩、最高扭矩、平衡扭矩和塑化时间
・１４０・
中国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会２００８年年会
加料扭矩：加料扭矩即加料峰所对应的扭矩，加料扭矩表示的是物料颗粒之间以及物料颗粒与 金属表面的静摩擦值。加料扭矩～般很高都是因为静摩擦要大于动摩擦以及加料以后压料块和转子 之间的物料被充分积压所引起的。 最低扭矩：最低扭矩即加料峰和塑化峰之间的最低谷所对应的扭矩值，加料峰过后一方面因为 物料颗粒之间以及物料颗粒与金属表面的摩擦由静摩擦转为动摩擦，而动摩擦系数较低，故扭矩较 低，另一方面因为物料在密炼室内的均匀分布，使得压料块与转子之间的物料减少，压力降低使扭 矩下降，同时更为重要的是ＰＶＣ颗粒表面的低熔点润滑剂已开始溶化，使得ＰＶＣ颗粒之间以及ＰＶＣ与金 属表面之间的摩擦下降，这三种因素综合作用的结果使得扭矩降到最低而形成最低扭矩。 最高扭矩：最高扭矩即塑化峰的最高点所对应的扭矩，又称塑化扭矩。在最低扭矩点，ＰＶＣ颗 粒之间没有粘连，ＰＶＣ颗粒可以不受相邻颗粒的任何束缚而自由滑动，同时由于低熔点润滑剂的润 滑作用使得物料颗粒之间以及物料颗粒与金属表面之间的磨擦降到最低。随着物料温度的进一步升 高，加工助剂开始熔化，同时ＰＶＣ颗粒表层的分子也开始熔融，这样每个ＰＶＣ颗粒开始与相邻的颗粒 发生粘连而形成一种三维立体结构，使得ＰＶＣ颗粒之间无法自由运动，同时ＰＶＣ颗粒之间的磨擦增 加，技得扭矩逐渐增大而达到最大扭矩。 塑化扭矩的产生是由于高弹态及粘流态树脂在剪切力的作用下，阻碍树脂形变而产生的力矩， 它的大小反映到可塑性树脂形变的难易程度。扭矩越大，热塑性树脂混合物产生形变的难度就越 大，也就说明加工越差。这就需要较高浔度和负荷更大的转动设备、消耗更多的机械能，使之变为 能使树脂产生形变的动能，高分子链段重心才在剪切力作用下发生重心位移。 平衡扭矩：最高扭矩过后，扭矩值平稳下降，降到某一点后扭矩值几乎不再随时间的变化而变
转矩流变仪的应用
塑料测试技术
主讲教师: 谭寿再 吴丽旋 周延辉 杨崇岭
资源共享课
转矩流变仪的应用
•主讲：吴丽旋
塑料测试技术
资源共享课
根据塑料原料哪些性能指标 来调试成型加工工艺参数
常 用 塑 料 原 料
吹膜
注射成型
挤出成型
3
塑料测试技术
资源共享课
转矩流变仪的使用
板材的热稳定性能怎样？ PET瓶原料粘度是多少？
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线分析
当此阻力被 克服后，转矩 开始下降 并 在较短时间内 达到稳态。
高聚物被加 入到密炼室中 时，自由旋转 的转子受到来 自固体粒子或 粉末的阻力， 转矩急剧上升。 当粒子表面开始熔融并发 生聚集时，转矩再次升高。 当粒子完全熔 融后，物料成为 易于流动的宏观 连续流体，转矩 再次达到稳态。
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线
根据转矩-时间变化曲线，可对物料的流 变行为与加工性能进行评价：
1. 转矩的绝对值直接反映物料的性质及其表观 粘度大小。 2. 转矩随时间的变化反映加工过程中物料均匀 程度的变化及其化学、物理结构的改变。 3. 还可同时得到温度曲线、压力曲线、总扭矩 曲线等信息。 4. 在不同温度和不同转速下测定，可了解加工 性能与温度、剪切速率的关系。
•
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线
在设定温
度和转速(平 均剪切速率) 下，从转矩 流变仪得到
的转矩随时
间变化的曲 线。
图 1 典型的转矩随时间的变化曲线图 M1—最小转矩；M2—最大转矩；M3——平衡转矩 t1—物料受热压实时间；t2—塑化时间（熔融软化）；
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
xx年xx月xx日
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验数据记录与分析 • 实验结论 • 参考文献
01
实验目的
了解实验的目的和意义
• 本实验旨在通过转矩流变仪测定塑料材料的塑化性能，深入 了解塑料在加工过程中的流变行为，为优化加工工艺、提高 制品质量提供指导。
实验操作
按照设定好的参数进行实验，观察并记录实验过 程中转矩、温度等变化情况。
注意事项
在实验过程中要密切关注实验变化情况，如出现 异常应立即停止实验并进行相应处理。同时要做 好实验记录和数据处理工作，以便后续分析和评 估。
04
实验数据记录与分析
实验数据的记录表格设计
1 2
表格名称
塑化性能转矩流变仪测定数据记录表
02
实验原理
塑化性能转矩流变仪的工作原理
工作原理
塑化性能转矩流变仪主要利用物料在高温高压下，受到一定剪切力作用时，发生 形变和流动的特性，通过控制系统对物料施加一定的剪切力，测量其相应的扭矩 变化，从而得到物料在一定温度、压力和不同转速下的塑化性能。
仪器结构
塑化性能转矩流变仪主要由加热系统、控制系统、测量系统和冷却系统等部分组 成。
转矩设置
根据样品的性质和实验要求设定转 矩，包括剪切转矩、拉伸转矩等。
变速设置
根据实验要求设定变速方式，包括 定速、变速等。
其他参数
根据实验要求设置其他相关参数， 如压力、气氛等。
实验操作流程及注意事项
实验前准备
确认转矩流变仪处于良好工作状态，检查实验样 品是否符合要求。
数据处理与分析
根据实验数据，进行数据处理和分析，得出实验 结果。
转矩流变仪的原理及应用
转矩流变仪的原理及应用1. 转矩流变仪的原理转矩流变仪是一种用于测量材料在转动中所产生的转矩变化的仪器。
其基本原理是利用一对对称固定的力制动装置，将被测物体制动，测量产生的制动力矩，从而推断出物体所受的转矩大小。
转矩流变仪的原理可以分为以下几个步骤：•力制动：转矩流变仪通过施加一对对称的制动力来制止被测物体的转动。
制动力的大小受到调节器的控制，可通过转动调节器来改变制动力大小。
•测量制动力矩：在物体被制动时，由于受到制动力的作用，物体会产生相应的制动力矩。
转矩流变仪会通过传感器来测量产生的制动力矩的大小。
•数据处理和显示：测得的制动力矩数据会被转矩流变仪进行处理，并通过显示屏或输出接口以数字或图形的形式展示出来。
2. 转矩流变仪的应用转矩流变仪的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域：2.1 汽车工业在汽车工业中，转矩流变仪被广泛应用于发动机、传动系统、转向系统等部件的测试与研发过程中。
通过测量转矩的变化，可以评估各部件的性能、效率以及耐久性等指标，从而对汽车的性能进行优化和改进。
2.2 航空航天工业在航空航天工业中，转矩流变仪可用于测试飞机发动机、涡轮机、涡轮增压器、液压泵、涡轮传感器等关键部件的性能和可靠性。
通过测量转矩的变化，可以评估部件的负载情况，预测寿命，并进行故障分析和故障诊断。
2.3 医疗器械领域在医疗器械领域，转矩流变仪被广泛用于测试和评估各种医疗器械的性能和质量。
例如，使用转矩流变仪来测量人工心脏、人工关节等医疗器械的转矩变化，以评估其操作稳定性和耐久性。
2.4 材料科学研究转矩流变仪在材料科学研究中也扮演着重要的角色。
通过测量材料在转动过程中的转矩变化，可以评估材料的流变性质，如粘弹性、塑性等特性。
这对于材料的研究和开发具有重要意义。
2.5 其他应用领域除了上述应用领域外，转矩流变仪还广泛应用于机械工程、电子工程、船舶工程、石油和化工工程等领域。
在这些领域中，转矩流变仪可以用于测试和评估各种设备、部件和产品的性能、质量和可靠性。
旋转流变仪及其在塑料中的研究应用
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｒｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｒｈ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ； Ｖｉ ｓ ｃ ｏ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ；Ｒ ｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｌ ａ Ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ；Ｃ ｙｓ ｒ ｔ ｌｌ ａ ｉ ｎ ｅ Ｒｈ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
２ ．Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ｌ ａ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｇ ｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｇ ｕ ｉ ｙ ａ ｎ ｇ ５ ５ ０ ０ ２ ５，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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根据 应力 或应 变施 加方 式 的不 同 ，旋转 流变 仪 的 测试模 式 主要 包括 三种 ，分别 是稳 态测 试 、瞬态 测试
和动 态 测试 。其 中 ，最 为 重 要 的测 试 模 式 为 动 态 测 试 ，对材 料 的黏度 和模量 进行 测量 有 ：通过 被测试 材
转矩流变仪的应用(精)
转矩流变仪的应用
研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化
行为 最大特点是能在类似实际加工过程的条件下连续、准确 可靠地对体系的流变性能进行测定。 典型实验有XLPE材料的交联特性测定 PVC材料融合特性以及热稳定性的测定 材料表观粘度与剪切速率关系的测定
转矩流变仪结构
图1是计算机，测控主机与混炼器的组合
图3是WinRheo的人机界面
完成7路温度测量，其中6路可进行设定
和控制，转速设定、测量和控制，扭矩、 压力测量，配合自动称重系统进行挤出 量测量，配合测径仪进行口模膨胀测量 曲线窗口可以实时显示以上各数据对时 间的曲线。 这些数据可以由专用的WinMixer、 WinVisco进行数据处理，也可以由通用 软件Origin进行数据处理、作图
主要测控功能 – 温度测控，压力测量，转矩测量，转速测控 辅助功能的测量 – 自动实时称重（测剪切速率）、测径（测口 模膨胀）和薄膜质量测量（透明度、杂质颗 粒缺陷） 系统软件 – 测控软件WinRheo – 混炼器试验数据处理软件WinMixer – 表观粘度试验数据处理软件WinVisco – 工具软件WrData组成
挤出机、混炼器 自动称重单元
– 自动完成材料的表观粘度与剪切速率及剪切应力关 系测量
测径单元
– 完成口模膨胀的自动测量。
带状试样压光及牵引单元
– 制成均匀的带状试样，供拉伸及热延伸实验使用。
膜质量测试单元
– 完成透明材料的杂质颗粒缺陷及透明度的测试
软件
– 完成数据采集、控制以及实验数据的处理。
Hale Waihona Puke 1.2.1 系统组成 测控主机、计算机及打印机 – 混炼器单元 – 挤塑机单元、挤橡机单元 – 自动称重单元 – 自动测径单元 – 带状试样压光及牵引单元 – 透明材料的透明度及缺陷测量单元
转矩流变仪功能介绍
流变仪功能介绍XSS-300型转矩流变仪是研究橡胶塑料等高分子材料的流动、塑化、剪切、热稳定性的理想设备，可广泛地应用于科研和生产，是进行科学研究以及指导生产的重要仪器。
与研究材料流动性的一般性仪器——粘度计相比，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在类似实际加工的情况下，连续、准确可靠地对材料的流变性能进行测定，如多组份的混合、热塑性树脂的交联、弹性体的硫化，材料的动态稳定性以及螺杆转速对体系加工性能的影响等。
根据不同的试验目的需要，可以通过更换各种相应的测量附件，进行动态模拟混和，密炼，挤出吹塑等实际的加工过程。
可广泛应用于研究，教学，生产等部门开发新材料，设计新配方，测定物料性能，摸索加工工艺条件，用于指导实际生产的必备设备。
XSS-300转矩流变仪的介绍：1．计算机测控系统性能优越：1．1 测控精度：A) 扭矩0.1-0.3%F.S，B) 压力0.1-0.3%F.S，C) 温控0.1-0.5%F.S，D) 转速0.1-0.2%F.S1．2 测量精度高，实验数据重复性能好。
可以对实验曲线进行叠加，放大，量程调整，曲线滤波光滑处理。
可设置实验曲线背景，即时比较新实验曲线。
1．3 :运用人性化优化视觉控制界面，控制方式人性化，且操作方便。
控制方式多样。
可提供线性升速控制模式，亦可提供价梯升速控制模式，并提供扭矩保护和自动停机功能。
2．数据处理软件多样，功能强大：2．1 Rhemoeter软件用于处理混炼器实验结果，如PVC熔炼实验，热稳实验，聚烯烃及其它树脂固化，交联实验，高分子共混实验结果，可自动生成实验报告，可提供固定格式，自选格式报告，以供用户有效提取实验信息。
2．2 对毛细管流变数据进行处理，可以表征材料的剪切速率，表观粘度，剪切应力并自动生成实验曲线报告。
以及挤出实验数据报告。
2．3 Rhemoeter软件可将数据文件转换到*.txt格式，供用户导出，与Oringe软件兼容，实现更丰富的文件，图表处理，适用于学术论文的撰写3、系统可靠性高，电子系统模块化。
流变学实验-1 转矩流变仪应用试验
转矩流变试验胡圣飞编一、试验原理及目的高分子材料的成型过程，如塑料的压制、压延、挤出、注射等工艺，化纤抽丝，橡胶加工等过程，都是利用高分子材料熔体进行的。
熔体受力作用，不但表现有流动和变形、而且这种流动和变形行为强烈地依赖于材料结构和外界条件，高分子材料的这种性质称为流变行为（即流变性）。
测定高聚物熔体流变性质，根据施力方式不同，有多种类型的仪器，转矩流变仪是其中的一种。
它由微机控制系统、混合装置（挤出机、混炼器）等组成。
测量时，测试物料放入混合装置中，动力系统驱使混合装置的混合元件（螺杆、转子）转动，微处理机按照测试条件给予给定值、保证转矩流变仪在实验控制条件下工作。
物料受混合元件的混炼、剪切作用以及摩擦热、外部加热作用，发生一系列的物理、化学变化。
在不同的变化状态下，测试出物料对转动元件产生的阻力转矩、物料热量、压力等参数。
其后，微处理机再将物料的时间、转矩、熔体温度、熔体压力、转速、流速等测量数据进行处理，得出图、表形式的实验结果。
利用转矩流变仪不同的转子结构、螺杆数、螺杆结构、挤出模具以及辅机，可以测量高分子材料在凝胶、熔融、交联、固化、发泡、分解等作用状态下的转矩—温度时间曲线，表观粘度—剪切应力（或剪切速率）曲线，了解成型加工过程中的流变行为及其规律。
还可以对不同塑料的挤出成型过程进行研究，探索原材料与成型工艺、设备间的影响关系。
总之，对于成型工艺的合理选择，正确操作，优化控制，获得优质、高产、低耗制品以及为制造成型工艺装备提供必要的设计参数等，都有非常重要的意义。
高分子材料的流变性除受高聚物结构及有关复合物组成的影响外，采用混合器测量流变性质时的实验条件也是十分重要的影响因素。
二、试验用原材料硬质PVC粒状复合物或混配物PVC 100 60 56.52174ACR丙烯酸酯共聚物 4 2.4 2.26CPE氯化聚乙烯 6 3.6 3.39钙锌复合稳定剂 4.5 2.7 2.54硬脂酸0.5 0.3 0.2869 64.99174三、主要仪器设备RM-200C转矩流变仪，主要分三部分：主机、电气控制柜、混合或挤出装置。
转矩流变仪发展历史
转矩流变仪发展历史
转矩流变仪的发展历史可以追溯到20世纪初期对于材料流动特性和黏弹性质研究的需求增长时期。
最初的流变学测试设备较为简单，随着聚合物科学和塑料工业的发展，尤其是第二次世界大战后高分子材料的大规模生产和应用，对能够模拟实际生产过程中物料流变行为的设备需求变得尤为迫切。
转矩流变仪作为一种先进的实验室工具，在上世纪中叶得到了显著发展和完善。
例如，德国的Brabender公司推出了塑化仪，它被认为是现代转矩流变仪的先驱之一，主要用于评估和控制聚合物熔体的加工性能，如熔融指数、热稳定性以及在不同温度和剪切速率下的黏度变化等。
随着时间推移，转矩流变仪的设计和技术不断演进，不仅在硬件上更加精密和智能化，而且在软件方面也实现了高度自动化和数据分析功能的增强。
例如，美国的Haake（现为Thermo Fisher Scientific的一部分）等品牌生产的转矩流变仪集成了计算机控制系统，能够在各种复杂条件下模拟加工过程，提供关于材料结构演变和性能预测的详细信息。
至今，转矩流变仪已经成为研究和开发新材料、优化生产工艺流程以及质量控制不可或缺的分析仪器，广泛应用于塑料、橡胶、涂料、食品、化妆品、制药等行业。
转矩流变仪混炼器和塑料挤出机的对比应用
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Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｒ ｅ ｌ ｇｉａ ｎ ｘ ｒ ｉ ｎ ｃ ｎｔａ ｔｔｓｓｏ ｔａ ｔ ｈ ｏ ｏ ｃ ｌａ ｄ ｅ ｔｕｓｏ ｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ＰＶＣ ｅ ｉ ｓｗ ｅ ｅ ｍａ ｓｎｇ ＲＭ 一 ｒ ｓｎ ｒ ｄｅｂｙ ｕ ｉ ２ ０ ｉ ｅ ｌｇ ｎ ｏ ｑｕ ｈ ｏ ｅ ｅ ｎｄ ｕｓ ｄ ｐ ａ ｔｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｄ ｉ ｍ ａ ｌ ｘ ｒｍｅ ｓ ａ ｈｅｐ ｏｐ ｒ ０ ｎｔ ｌｉ ｅ ｔｔ ｒ ｅ ｒ ｅ ｍ ｔ ｒａ ｅ ｌｓｉ ｘｔｕｄ ｒｕ ｅ ｎ ｓ ｌ ｐｅ ｉ ｎｔ ， ｎｄ ｔ ｒ ｅ — ｅ ｔｅ ｏ ｅ ｓｎｇ ｐｒ ｄｕ ｔ ｎ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｐｒ ｃ ｓ ｏｎ ｔｏｎ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ． ｉｓ ｏｆｐｒ ｃ ｓｉ ｏ ｃ ｓａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｏ ｅ ｓｃ ｄｉｉ ｓ ｗｅ ｅ ａ ａ ｙ ｅ
［ 稿 日期 ］２ ０ 收 ０６—０ ２—１ ６ ［ 者 简 介 ］吴 明静 （９ ６ ， ， 程 师 ，９ ８年 毕 业 于 青 岛化 工 学 院 ， 要 从 事 Ｐ 作 １ ７ 一） 女 工 １９ 主 ＶＣ市 场 开 发 及 其 下 游 产 品 的加 工
研究工作 。
１ ９
维普资讯
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实验九塑化性能转矩流变仪的测定
完全塑化时间是材料完全被塑化的时间，可以通过对实验数据的分析得出。
材料性能与配方关系分析
配方对性能的影响
分析实验数据，可以研究不同配方对材料性能的影响，如添加不同的助剂、填充剂等对材料性能的影 响。
材料性能与转矩的关系
分析实验数据，可以研究材料性能与转矩的关系，从而进一步了解材料的流变性能。
掌握塑化性能测试方法
• 通过实验，学生将学习到如何使用转矩流变仪进行塑化性能测试。测试方法包括样品的制备、仪器设定、实验操作和数 据收集等步骤。通过实践操作，学生可以深入理解塑化性能测试的原理和方法。
分析材料性能与配方关系
• 转矩流变仪可以用于研究材料性能与配方之间的关系。实 验中，学生可以通过改变实验条件，如温度、压力和时间 等，来观察这些因素对材料塑化性能的影响。此外，他们 还可以研究不同配方材料之间的性能差异，进一步理解材 料性能与配方之间的关系。
实验九塑化性能转矩流变仪 的测定
2023-11-04
contents
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验数据分析 • 实验结论 • 参考文献
01
实验目的
了解转矩流变仪的原理
• 转矩流变仪是一种用于研究材料在加工过程中力学行为和流 动性能的实验设备。它通过测量材料在旋转或剪切应力作用 下的流动行为，提供关于材料塑化、混炼、熔融和固化过程 的重要信息。
转矩流变仪的应用范围
列举了转矩流变仪在塑料加工、橡胶加工、涂料和油墨等领域 的具体应用案例，说明了其在不同领域中的重要性和应用价值 。
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THANKS
常见的塑化性能测试方法包括：压缩试验、拉伸试验、冲击试验等。
在本实验中，我们将采用转矩流变仪进行塑化性能测试，通过测量材料在不同温 度和剪切应力下的扭矩和转速变化来评估材料的塑化性能。
转矩流变仪的应用
塑料测试技术
资源共享课
测试结果的影响因素
（3）转速
混炼室中转子转速的确定一般以加工所需要的 条件而定。同时按照物料粘滞阻力的大小、测试温 度的高低、仪器灵敏度的大小等条件再进行适当调 整。
（4）加料速度 物料加入混炼室时，应使用斜槽柱塞加料器， 在尽可能短的时间内把物料压入混炼室内。其原因 是如果物料进入时间长短不同，物料各部分受热、 受剪切的时间就不同，造成结果波动，重复性差。
塑料测试技术
资源共享课
任务实施——实训
查阅资料，讨论制定PP转矩流变曲线的试验方案
准备仪器 准备样品 按仪器操作手册完成PP转矩流变曲线测试 实验结束后，拆卸清理混合器。 分析曲线 试验报告
资源共享课
谢
谢
•主讲：吴丽旋
塑料测试技术资源共享课转矩流变仪可配备不同形式的螺杆挤出机密炼机提供了更接近于实际加工的动态测量方法可以在类似实际加工的情况下连续准确可靠地对材料的加工性能进行测定以适应各种类型材料的测试研转矩流变仪结构转矩流变仪结构塑料测试技术资源共享课物料被加到混炼室中物料受到压料杆的压力两个转子所施加的作用力使物料在转子与室壁间进行混炼剪切物料对转子凸棱施加反阻力这种反阻力与样品粘度成正比借助于转子上的反作用转矩来测定这种阻力
塑料测试技术
资源共享课
测试结果的影响因素
（1） 加料量 混合室内的物料量不足，转子难以接触物料， 达不到混炼塑化的最佳效果。反之．物料加入过 多，部分物料集中于加料口不能进入混合室混炼 均匀或出现超额的阻力转矩，使仪器安全装置发 生作用，停止运转。实验过程中，去除上顶栓对 物料的施压作用，仪器转矩变化不突出，说明加 料量基本合适。 （2）测试温度 选择的温度过低会导致超额转矩使安全装置发 生作用，仪器停转。温度过高时，聚合物的链段 活动能力增加、体积膨胀。分子间作用减小，流 动性增大，粘度随温度升高而降低。
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
实验结果受到多种因素的影响，例如温度、压力、转速等参数，因此需要严格控 制实验条件以获得准确的结果。此外，对于不同种类的塑料材料，可能需要调整 实验参数以获得最佳的塑化性能评估效果。
02
实验原理
塑化性能转矩流变仪的构造与工作原理
构造
塑化性能转矩流变仪主要由加热系统、冷却系统、控制系统 和测量系统组成。
应的填充剂。
准备步骤
02
对选取的塑料粒子进行干燥、筛选和混合等预处理，以确保实
验材料的均匀性和一致性。
添加量
03
根据实验设计要求，准确称量并加入到样品盘中，以进行后续
的实验操作。
04
实验过程
实验前的准备与试样制备
准备材料
需要准备转矩流变仪、塑胶原料、添加剂等实验 材料。
试样制备
将塑胶原料按照实验要求进行混合，并制备成标 准尺寸的试样。
数据记录及处理
数据记录
在实验过程中，需要实时记录转矩流变仪显示的数据，包括扭矩 、温度、转速等。
数据处理
根据实验数据，计算塑胶原料的塑化性能指标，如塑化扭矩、熔 体强度等。
化性能，并评估其在实际生产 中的应用效果。
05
实验结果与分析
数据表格与图表展示
• 数据表格 • | 材料 | 扭矩（N·m）| 温度（℃）| 塑化时间（min）| 塑化效率（%）| • | --- | --- | --- | --- | --- | • | PVC | 10.2 | 180 | 5.2 | 85.3 | • | PE | 6.5 | 160 | 4.0 | 92.8 | • | PP | 8.0 | 170 | 4.8 | 90.0 | • 图1：PVC、PE、PP材料的扭矩-时间曲线 • 图2：PVC、PE、PP材料的温度-时间曲线 • 图3：PVC、PE、PP材料的塑化效率-时间曲线
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转矩流变仪及其在塑料加工中的应用
赵洪王暄李迎崔思海陈亭
哈尔滨理工大学
1. 转矩流变仪的组成与特点
转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能
测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：
图1.1 测控主机原理图
其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机
图1.3 测控软件界面
数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
测控主机为各功能单元提供了电气及机械接口，与各功能单元连接后，能够完成各种实验功能。
测控主机的基本性能如下：
动力输出功率：3kW 转矩测量精度：0.1%F·S
转速输出范围：2~150rpm(10~800rpm) 压力测量精度：0.5%F·S
转矩测量范围：0~200N·m 转速控制精度：0.3%F·S
压力测量范围：0.1~100MPa 温度控制精度：±1℃
温度控制回路：4路(可扩展) 电加热输出功率：2.2kW/路
1.2 动力及转矩测量
由于转矩流变仪可以通过动力系统的输出转矩表征塑合物熔体的流变性，因此动力系统以及输出转矩的测量是转矩流变仪的关键技术之一。
动力系统除了要满足规定的转速和转矩输出外，还需要满足转矩测量系统的要求。
转矩测量有两种方式，一是利用专用的转矩传感器测量，二是利用力矩平衡法测量。
第一种方式是将转矩传感器串联在动力系统与功能单元之间，由转矩传感器直接输出转矩信号。
这种测量方式的优点是对动力系统要求较低，采用一般的直流或交流电机就能满足要求，缺点是测量精度受转矩传感器限制，一般不超过0.5%F·S，另外转矩传感器是转动部件，需要维护。
第二种方法原理是，当系统转子旋转并输出一定转矩时，系统定子必定受到大小相等方向相反的反作用力矩，该力矩可通过测力传感器测量得到。
这种测量方法的优点是能够获得较高的测量精度，可达0.1%F·S，并且测量系统无可动部件，免维护、可靠性高。
缺点是需要高稳定的伺服动力系统，两种转矩测量方法以及相应动力系统综合性能的比较如表1.1所示：
表1.1 动力及转矩测量系统性能对比
1.3 功能单元及性能指标
功能单元主要有两类，一类是混炼器，一类是挤出机。
混炼器有50ml和300ml两种规格。
50ml混炼器主要完成物料的流变性测量与表征，300ml主要完成物料的混合与塑炼，可以作为配方研究的小型试验机。
另外还有与挤出机配合的各种模具，杂质测量仪，口模膨胀测量仪等。
各种挤出机不但可以模拟挤出加工、造粒等加工过程，从而评价物料的加工性能以及优化加工工艺参数，而且而可以通过圆形（或矩形）毛细管模具，测量不同剪切速率下，物料的真实粘度与剪切速率的关系，全面表征物料的流变性。
混炼器、挤出机及模具分别如图1.4、1.5、1.6、1.7所示。
各功能单元的主要性能指标如表1.2所示。
表1.2 功能单元的主要性能指标
2. 混炼器在塑料加工中的应用
利用混炼器可以有效地对热塑性及热固性材料的塑化和固化行为进行测量和表征。
下面介绍两种典型的应用。
2.1 在硬聚氯乙烯（U-PVC）干混料配方及工艺性能评定中的应用
在U-PVC干混料配方中，除PVC树脂外，为了获得合适的工作及加工性能，需要配合各种成分，这些成分对干混料熔体的流变性有不同的影响，从而显著地影响物料最终的加工性能。
在混炼器上测量干混料的流变曲线是了解配方中各组成成份对物料加工性能影响的有效方法。
典型的U-PVC流变曲线（力矩谱）以及物料状态与实际加工设备之间的关系如图2.1所示。
图2.1 U-PVC流变曲线及加工设备中的物料状态
图中第一个峰为加料峰，第二个峰为塑化峰，第三个峰为分解峰，分别表示物料的加入、塑化和分解。
加料峰到塑化峰之间的时间间隔为塑化时间，塑化峰到分解峰之间的时间间隔为热稳定时间。
在实际加工时，物料在螺杆塑化段内的停留时间应不小于塑化时间，保证物料的充分塑化，并且在热分解之前完成加工。
利用混炼器可以有效完成塑化曲线的测量，实验方法如下。
将混炼器加热到预定温度并充分稳定（例如185℃），称量一定量的被测物料，使其恰好能够充满混炼器腔体，启动混炼器，待转子转速稳定在
设定值后（例如35rpm），迅速加入物料并用注塞压实，加料过程中要保证物料无泄漏。
混炼器工作若干时间并记录实验曲线。
最终获得图2.2所示的流变曲线。
图2.2 U-PVC流变曲线
图中干混料被压入混炼室内，曲线出现了一个尖锐的装载峰A，A点的高低与转速大小和干混料的表观密度有关。
随料温升高逐渐接近混炼预设温度，树脂软化，空气被排除转矩减小到B点。
由于热和剪切作用，树脂颗粒破碎，颗粒内的物料从表面开始塑化，物料粘度逐渐增加，转矩迅速升高到C点，C点对应的峰为塑化峰。
随着塑化后物料内部残留空气排除，物料中各处温度趋于一体，熔体结构逐渐均匀，转矩逐渐降低达到相对稳定值的平衡转矩D点。
经过长时间混炼，PVC熔体中稳定剂逐渐丧失作用时，物料开始分解并交联，颜色由黄变褐，转矩从E点迅速增高。
获得U-PVC的流变曲线的原始实验曲线后，可以用相应的数据处理软件在曲线上获得实验的参数，并制作一份完整的实验报告。
实验报告的格式有“热融合实验”，“热稳定实验”，“曲线叠加实验”等，“热融合实验”如图2.3所示。
图2.3 U-PVC热融合实验报告
当U-PVC配方中某成份改变时，会使流变曲线发生变化。
一些成份（例如润滑剂）比例改变，即使仅使流变曲线发生轻微的变化，也会严重地影响物料在实际加工设备中的加工特性。
这就要求转矩流变仪具有良好的实验重复性和转矩测量精度，以便正确分辨配方中成份改变引起的流变曲线的细小变化。
同一物料流变曲线的重复性如图2.4所示。