转矩流变仪讲义
转矩-流变仪数据的流变学解释
转矩－流变仪数据的流变学解释Brabender 转矩－流变仪已广泛用于测量塑料的坚固性和加工性能很多年了。
最近的应用包括Russell所作的剪切速率对聚丙烯稳定性的影响的测量和DeCoste所作的聚氯乙稀加工性能的研究。
这个仪器的用户面对的问题之一是解释它提供的数据。
可以定性的指示熔融粘度，粘度－温度的依赖性，降解和交联。
但是这些目前还没有转换成绝对的流变学单位。
例如，制造商声称仪器可测量热塑性材料在典型加工条件下的粘度行为，然而有效的剪切速率范围目前还没有明确的定义。
这篇文章的目的是提供一个将转矩－温度数据转换成流变学基础单位的大致的方法。
包括一个绘制转矩－流变仪数据图的新方法，这使得流变学的解释变得可能。
它扩展了从转矩－流变仪测试得到的信息的数量，增加了仪器的多功能性。
大量的假定和经验的关系可以在这篇文章中看到。
但是，这样处理数据衍生了许多，和毛细管流变仪数据的相关使这一方法有效。
仪器详情和程序这些测试采用Brabender 塑胶－磁带回线自动记录器转矩－流变仪，见图1，装备了一个转子型测量头，包括一个内部连接的，数字8型的膛，∑粒子的，反方向旋转的刀片在里面转动。
测试的样品限制在膛里，在刀片和膛壁间移动。
头部的分解图示于图2。
将要测试的聚合物填充在头部的混合腔里，旋转刀片要求的转矩从测力计机架传送到比例尺，再通过控制杆系统重新命令。
聚合物的温度由混合腔底部的热电偶测得。
注入惰性气体来使讲解最小化。
将足够的聚合物加入混合腔来使融化后完全填满它。
这个范围对于聚乙烯来说从42到44克，对于聚苯乙烯可达到50克。
材料聚丁烯单体聚丁烯No.128, Chevron Chemical Company.数均分子量＝2700。
Chevron 聚丙烯9094，Chevron Chemical Company.通用聚丙烯；熔体流动速率，230摄氏度，2160克负载，3.5。
从固有粘度计算得到的分子量＝280，000。
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。
pvc加工流变性——转矩流变仪(特选资料)
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。
流变仪第二组 (2)(1)
流变仪主要操作流程
1、检查电气电路连接状态，特别是温度、压力测 试点以及与微机串口连接信号数字线 2、根据测试要求选配混合器或挤出机等相应模口 （如已经加热应戴上耐热手套，以防烫伤） 3、配料并装入相应喂料口或斗 4、接通机上总电源，启动电脑电源 5、进入系统界面后启动winrheo专用测试软件， 根据具体测试项目选择相应功能键
加工性能进行评价。
——转矩的绝对值直接反映物料的性质及其表观粘度大小。 ——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。 ——还可同时得到温度曲线、压力曲线、总扭矩曲线等信息。 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。
有关扭矩谱的几点注意事项：
§6.3
转
基本原理 基本结构 操作流程 结果分析 影响因素 注意事项 故障及排除方法 基本应用
矩
流
变
仪
基本原理
物料被加到混炼室中，受到两个转子所 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 作用力，这个力由测力传感器测量，在 经过机械分级的杠杆力臂转换成转矩值 的单位牛顿.米（ N.m ）读数。其转矩 值的大小反应了物料黏度的大小。通过 热电偶对转子温度的控制，可以得到不 同温度下物料的黏度
流变仪主要操作流程
6、设定温度、压力和转速等测试参数 7、启动加热功能键
8、达到设定值方能启动电机功能键
9、启动数据记录功能键 10、数据分析、处理、备份和打印
一、 扭矩谱
扭矩谱
——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。
根据转矩-时间变化曲线，可对物料的流变行为与
《流变仪的基本应用和原理》
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。
rz rzrR rR
r
R
R
rz
r2
R2
2 R
2 rz
dr
R
R
d
rz
r rz
管 壁 ： •R d d v r z R R 1 32 Rd d R
3 R QQ1 R
R 3
30
R
2 rz d d v rz drz
• R确定真实粘度 d d R 3 R R Q 3 d d R 0 R2 r z d d v r z d r z r 2 z d d v r z R
§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
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
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
流变仪的基本应用和原理讲课文档
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。
毛 为材料弹性性能的一种度量。最典型的应用是表征PVC
细 的塑化程度(凝胶化程度)。
管
PVC是几种最常用的通用塑料之一。在硬质PVC制品
流 加工中，PVC的凝胶化程度一直是质量控制的关键。因
变 为凝胶化程度强烈影响PVC制品最终的物理机械性能。
仪
第二十五页，共90页。
悬浮法合成的PVC具有多层次亚微观结构(介观结构
哈根-泊肃叶流量方程
Q
pR4 8 L'
管壁上的剪切速率，即为最大剪切速率
•
R
4Q R3
定义熔体通过毛细管的表观剪切
速率等于管壁的剪切速率
•
•
R
4Q
R3
第十七页，共90页。
2 非牛顿流体
•
Kn
非牛顿流体的速率和流量，不能用单个的粘度参量来
描述，而是作为流动指数n和流体稠度K的函数。n和K又
是剪切速率
•
的实验流变曲线上的变量。流动方程在建
立与流道几何参量关系时，要顾及实验获得流变参量的
现实性。这使得非牛顿流体在研究和应用流动方程和流
变曲线时，必须多方面的考虑真实参量、表观参量、管
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。
实验重点和难点
（4）取出活塞将试料加入料筒，随即把活塞再插入料筒并压紧试料，预热 4min 使炉温 回复至要求温度；
（5）在活塞顶托盘上加上砝码，随即用手轻轻下压，促使活塞在 1min 内降至下环形标 记距料筒口 5~10mm 处。待活塞（不用手）继续降至下环形标记与料筒口相平行时，切除 已流出的样条，并按表 2-6 规定的切样时间间隔开始切样，保留连续切取的无气泡样条三个。 当活塞下降至上环形标记和料筒口相平时，停止切样；
实验三 聚合物冲击性能测试
（2-1）
（一）简支梁冲击试验（Charpy 方法）
1. 实验重点和难点
1.1 掌握高分子材料冲击性能测试的简支梁冲击试验方法、操作及其实验结果处理； 1.2 了解测试条件对测定结果的影响。
2. 实验原理
把摆锤从垂直位置挂于机架的扬臂上以后，此时扬角为 α（如图 3-1），它便获得了一定 的位能，如任其自由落下，则此位能转化为动能，将试样冲断，冲断以后，摆锤以剩余能量 升到某一高度，升角为 β。
图 1-2 密炼室转子示意图
4. 实验步骤
（1）称量 按照上面所列配方准确称量，加入试样的质量（M）应按照下式计算:
M = (V - Vr ) × ρ × 0.69
（2-9）
而且:
V - Vr = 70
式中 V——密炼室的容积，ml； Vr——转子的体积，ml；
ρ ——物料密度，g/mL。
为便于对试样的测试结果进行比较，每次应称取相同质量的试样。 （2）合上总电源开关，打开扭矩流变仪上的开关(这时手动面板上 STOP 和 PROGRAM 的指示灯变亮)，开启计算机； （3）10min 后按下手动面板上的 START，这时 START 上的指示灯变亮； （4）双击计算机桌面的转矩流变仪应用软件图标，然后按照一系列的操作步骤（由实验 教师对照计算机向学生讲解完成），通过这些操作，完成实验所需温度、转子转速及时间的 设定； （5）当达到实验所设定的温度并稳定 10min 后，开始进行实验。先对转矩进行校正，并 观察转子是否旋转，转子不旋转不能进行下面的实验，当转子旋转正常时，才可进行下一步 实验； （6）点击开始实验快捷键，将原料加入密炼机中，并将压杆放下用双手将压杆锁紧； （7）实验时仔细观察转矩和熔体温度随时间的变化； （8）到达实验时间，密炼机会自动停止，或点击结束实验快捷键可随时结束实验； （9）提升压杆，依次打开密炼机二块动板，卸下两个转子，并分别进行清理，准备下一 次实验用； （10）待仪器清理干净后,将已卸下的动板和转子安装好。
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
实验步骤
1、准备工作 了解仪器的操作，安装仪器，并按式(Ⅱ-9-1)计算加料 量，并用天平准确称量。
W1=(V1 V0) 0
式中
W 1 ——加料量，g；
(Ⅱ-9-1)
cm3 ； V1 ——混合器容积， V 0 ——转子体积， cm3 ； ——原材料的固体或熔体密度， ； g/cm3 0 ——加料系数，按固体或熔体密度计算分 别为O.65、0.80。
实验九 塑化性能（转矩流 变仪）的测定
目的和要求
1、了解高分子材料塑化性能与成型加工 性的关系； 2、掌握由高分子材料塑化特性拟定成型 加工工艺的方法； 3、熟悉测定高分子材料塑化性能的方法 及原理。
实验原理
物料在混炼室中，受到转速不同、 转向相反的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作用力，这个 力由测力传感器测量，在经过机械分 级的杠杆力臂转换成转矩值的单位 克· 米(g· m)读数。其转矩值的大小反应 了物料粘度的大小。通过热电偶对转 子温度的控制，可以得到不同温度下 下物料的粘度
2、仪器设备及实验条件
实验主要采用HAAKE微处理控制转矩流变仪（系 统40型）测量塑料熔体的塑化曲线。 1、加料量 料量不足，转子难于充分接触物料，达不到混炼 塑化的最佳效果。反之，加入的物料过量，使仪 器安全装置发生作用，停止运转，中断实验。 2、温度与转速 温度过低，安全装置发生作用，使仪器停止运转。 温度过高，影响测试的准确性。 3、时间 混炼时间应根据高分子材料的耐热性、实验观察 现象出现的时间区域等因素确定。
2、测试操作 ①启动转矩流变仪的微机及动力系统，按照 输入程序，使用S指令把标题、加热温度、 转子转速、运行控制、参数显示、指令代码 等实验条件输入微机处理。 ②当显示的温度偏差为O时，表示混合器加 热已达到规定的温度。接通电机，加入被测 试试样，开启打印机，开始实验。当达到指 令编定的时间时，实验自动停止。 ③将磁盘插入磁盘驱动器，使用W指令，贮 存全部的实验数据。 ④拆卸、清理干净混合器，为再次实验做好 准备。
四种流变仪的原理
四种流变仪的原理四种流变仪的原理时间:2010-02-26 15:13来源:未知作者:珺珺点击:203次我们常⽤的流变仪有四种，分别是⽑细管流变仪、界⾯流变仪、转矩流变仪和旋转流变仪，下⾯⼤致介绍⼀下这四种流变仪：我们常⽤的流变仪有四种，分别是⽑细管流变仪、界⾯流变仪、转矩流变仪和旋转流变仪，下⾯⼤致介绍⼀下这四种流变仪：1.⽑细管流变仪⽑细管流变仪主要⽤于⾼聚物材料熔体流变性能的测试;卖仪器⽹⼯作原理是，物料在电加热的料桶⾥北加热熔融，料桶的下部安装有⼀定规格的⽑细管⼝模(有不同直径0.25～2mm和不同长度的0.25～40mm)，温度稳定后，料桶上部的料杆在驱动马达的带动下以⼀定的速度或以⼀定规律变化的速度把物料从⽑细管⼝模种挤出来。
在挤出的过程中，可以测量出⽑细管⼝模⼊⼝出的压⼒，在结合已知的速度参数、⼝模和料桶参数、以及流变学模型，从⽽计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度。
2.界⾯流变仪：⽬前这种流变仪有振荡液滴、振荡剪切等⼏种原理;是流变测试中最难以准确实现的⼀个领域;还没有⼀种特别好⽽⼜通⽤的⽅法。
3.转矩流变仪实际上是在实验型挤出机的基础上，配合⽑细管、密炼室、单双螺杆、吹膜等不同模块，模拟⾼聚物材料在加⼯过程中的⼀些参数，这种设备相当于聚合物加⼯的⼩型实验设备，与材料的实际加⼯过程更为接近，主要⽤于与实际⽣产接近的研究领域。
4.旋转流变仪：有两种，控制应⼒型和控制应变型A：控制应⼒型:使⽤最多，如Physica MCR系列、TA的AR系列、Haake、Malven，都是这⼀类型的流变仪;其中Physica的马达属于同步直流马达，这种马达相对响应速度快，控制应变能⼒强;其他⼚家使⽤的属于托杯马达，托杯马达属于异步交流马达，这种马达响应速度相对较慢。
这⼀类型的流变仪，采⽤马达带动夹具给样品施加应⼒，卖仪器⽹同时⽤光学解码器测量产⽣的应变或转速。
B：控制应变型：⽬前只有ARES属于单纯的控制应变型流变仪，这种流变仪直流马达安装在底部，通过夹具给样品施加应变，样品上部通过夹具连接倒扭矩传感器上，测量产⽣的应⼒;这种流变仪只能做单纯的控制应变实验，原因是扭矩传感器在测量扭矩时产⽣形变，需要⼀个再平衡的时间，因此反应时间就⽐较慢，这样就⽆法通过回馈循环来控制应⼒。
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）；
转矩流变仪的操作及注意事项 流变仪操作规程
转矩流变仪的操作及注意事项流变仪操作规程转矩流变仪是讨论材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪供应了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在仿佛实际加工的情况下，连续、精准牢靠地对材料的流变性能进行测定，如多组份物料的混合、热固性树脂的交联固化、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。
一、开机步骤1．依据试验类型或试验目的选择安装试验平台（混炼器或挤出机）。
连接热传感器及加热电源接口。
2．合上总电源开启电脑，运行流变仪掌控平台软件，选择正的确验平台。
3．选中或取消相应的测量及掌控。
混炼器平台需选中T1、T2、T3、Tm、Tq 及 Sp并取消T4 P；毛细管模具的挤出机而言，需选中全部8个选项。
4、点击“启动通讯”按钮启动通讯，设定试验温度及输出转速。
对于混炼器平台，3个区的正确温度设置应当是一致的。
对于挤出机平台，4个区的温度设置应由低到高，各区之间的温度差应尽量限制在30℃以下，否则流变仪可能很难将温度掌控平稳。
5、设定值后，点击“启动加热”按钮使流变仪开始加热。
6、当流变仪加热到设定温度并平稳后，点击“启动电机”按钮启动电机。
7．当流变仪温度达到设定值并已经平稳10min后，电机输出转速也已经达到设定值且平稳，此时可以开始进行试验操作。
二、停机步骤1、流变仪关机步骤应依次停止电机、加热、通讯、掌控程序、流变仪电源、计算机。
2、试验完成后，做好清理工作。
混炼器在电机停止的情况下拆卸并清除腔内材料。
对某些可能对挤出机腔内产生腐蚀作用的材料，试验完成后使用纯树脂进行清洗。
注意事项1、安装试验平台时，应注意热传感器及加热电源接口的连接次序，错误的连接次序将导致无法正确地进行温度掌控。
2、混炼器或挤出机某一区温度比设定温度低10℃以上时，设备中的残余料可能并未完全溶化，此时转动电机可能会损坏设备。
必需使温度和电机输出转速达到设定值并已经平稳，才可以开始进行试验操作。
转矩流变仪结构.
7
3 9
6
8
7
塑料测试技术
资源共享课
转子类型 Roller转子
图像
适用材料
适于热塑性塑料、热固性 塑料的混合，可测试材料 的粘性、交联反应和剪切 /热应力 中等剪切范围内对热塑性 塑料和橡胶进行混合与测
Cam转子
试
Banbury转子 Sigma转子 Delta转子
用于天然橡胶、合成橡胶
塑料测试技术
资源共享课
转矩流变仪结构、原理、使用 转矩流变仪结构 转矩流变仪的组成
转矩流变仪工作原理
转矩流变仪的使用
塑料测试技术
资源共享课
一、转矩流变仪结构
聚合物在复杂加工条件下的性质 统称。 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 料的测试研究。
资源共享课程
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
转矩流变仪结构与原理
•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
转矩流变仪结构、原理、使用
板材的热稳定性能怎样？ PET瓶原料粘度是多少？
一、转矩流变仪结构
转 矩 流 变 仪 的 结 构 软件 硬件
主机 辅机 包括密炼机、单 螺杆挤出机、双 螺杆挤出机、吹 膜机、压延挤带 机、电缆包履装 置和造粒机等。 配件 主要用于测量控制和测量数据储存、分析与结果输出等
06 第六章 转矩流变仪
6-2 测试原理与方法
采用混合器测试时， 高聚物以粒子或粉末的形式自加料口加入到混炼室中， 物料受到上
131
顶栓的压力，并且通过转子表面与混合室壁之间的剪切、搅拌、挤压，转子之间的捏合、撕 扯，转子轴向翻捣、捏炼等作用，实现物料的塑化、混炼，直至达到均匀状态。图 6-2 是典 型的转矩随时间的变化曲线， 它描述了聚合物在密炼过程中经历的热机械历史： 高聚物被加 入到混炼室中时，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；当此阻 力被克服后， 转矩开始下降并在较短的时间内达到稳态； 当粒子表面开始熔融并发生聚集时， 转矩再次升高；在热的作用下，粒子的内核慢慢熔融，转矩随之下降；当粒子完全熔融后， 物料成为易于流动的宏观连续的流体，转矩再次达到稳态；经过一定时间后，在热和力的作 用下，随着交联或降解的发生，转矩会有较大幅度的升高或降低。在实际加工过程中，第一 次转矩最大值所对应的时间非常短， 很少能够观察得到。 转矩第二次达到稳态所需的时间通 常为 3～15min，这依赖于所采用的材料和加工条件(温度和转速)。
其中，E 为总能量输入，EM 为机械能输入，ET 为热能输入。三者均随时间而变化。对于密 闭混合器而言，热能输入 ET(t)是无法测量的，因为在混合过程中，系统提供的热能并未全 部传递到待测物料上，其中一部分以热的形式散发到周围的环境中(其多少依赖于密闭混合 器的表面性能、环境温度等因素)；此外，物料在转子的驱动下会摩擦生热，即部分机械能 转化为热能， 被冷却系统带走。 但是， 系统提供的机械能是可以测量的， 这可通过转矩得到。 通过对转子进行校正可消除因摩擦生热而带来的误差。 功率(单位：N·m·s-1)是指单位时间内消耗的能量，其定义为：
转速 N 为常量，因此上式两边积分可得
转矩流变仪实验 (2)
0.325
3
2.095
190
2.160
标
4
2.095
准
5 6
2.095 2.095
试
7
2.095
验
8
2.095
条
9
2.095
件
10
2.095
11
2.095
190
5.000
190
10.000
190
21.600
200
5.000
200
10.000
220
10.000
230
0.325
230
1.200
12
2.095
• 熟悉冲击试验的实验结果处理方法 • 了解测试条件对测定结果的影响
试样形状
A型缺口试样
B型缺口试样
C型缺口试样
A型缺口
B型缺口
试样类型
长度L
基本尺寸 极限偏差
宽度b
基本尺寸 极限偏差
厚度d
基本尺寸 极限偏差
支撑线 间距L
1
80
±2
10 ±0.5
4
±0.2 60
2
50
±1
6
±0.2
4
±0.2 40
(2) 缺口试样简支梁冲击强度ak (kJ/m2)
ak
Ak b dk
103
式中 Ak为试样吸收的冲击能量值，J； b为试样宽度，mm；
dk为缺口试样缺口处剩余厚度，mm。
悬臂梁冲击试验
悬臂梁摆锤冲击实验机的特性
能量E /J 1.0
冲击速度VS /(m/s)
无试样时的最大摩擦 有试样经校正后的允
转矩流变仪
什么是转矩流变仪？ 一、什么是转矩流变仪？
矩矩流变仪是研究材料的流动、塑化、 矩矩流变仪是研究材料的流动、塑化、热、剪 切稳定性的理想设备， 切稳定性的理想设备，该流变仪提供了更接近 于实际加工的动态测量方法， 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、 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，如多组份物料的混合、 变性能进行测定，如多组份物料的混合、热固 性树脂的交联固化、弹性体的硫化， 性树脂的交联固化、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。
• 负载点（L）： 负载点（ 表示密炼机填料完毕并且关闭 密炼机填料完毕并且关闭。 表示密炼机填料完毕并且关闭。 此点仅作为计算的时间依据。 此点仅作为计算的时间依据。 扭矩值根据载料类型而定。 扭矩值根据载料类型而定。 载料速度和载料强度可人为调 控。 • 谷点（V）： 谷点（ 表示PVC 干混料开始熔融。 表示PVC 干混料开始熔融。 此点对混合物配方至关重要。 此点对混合物配方至关重要。 • 熔点（F ）： 表示PVC熔融完成。 PVC熔融完成 表示PVC熔融完成。 此点对混合物配方至关重要。 此点对混合物配方至关重要。 超过此点值后，扭矩由于摩擦/ 超过此点值后，扭矩由于摩擦/ 热量开始降低。 热量开始降低。 • 稳定扭矩点（S）： 稳定扭矩点（ 表示扭矩达到稳定状态 扭矩达到稳定状态。 表示扭矩达到稳定状态。 稳定扭矩根据分解发生点设置
三、转矩流变仪的基本结构
四、电加热转矩流变仪
是一种组合式 转矩测量仪。 转矩测量仪。 除主机外， 除主机外，带 有一种小型密 炼器和小型螺 杆挤出机及各 种口模。 种口模。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。 化行为。
哈克转矩流变仪振幅扫描
振荡流变培训(第2部分) 振幅扫描在进行各种振荡测试以调查许多样品之前，定义线性粘弹区很重要。
近一步的测试（如频率扫描的频率）很有必要在样品的可逆状态进行。
在线性粘弹区，所施加的压力和形变是可逆的。
这可以用橡胶带的拉伸形象比较。
如果您给橡胶带施加的力不太大，力撤消后它将恢复到原来状态。
但如果您施加力太大，橡胶带将产生不可恢复形变直至断裂。
尽管进行振幅扫描的主要原因是定下线性粘弹区，但它不是测量曲线的唯一结果。
它还可以获得有关屈服应力、样品稳定性和分子量分布的信息。
振幅扫描的基本思想是给样品一“拉力”，看其结构是否破坏。
如果结构不破坏，再施加一更大的力。
此过程被反复重复，直至样品真正破坏。
此过程可以看到三种状态，尤其对于冻胶类样品。
第一中状态，形变完全可逆（橡胶带可以恢复到初始状态）。
第二种状态形变部分可逆（橡胶带比初始状态长而窄）。
最后一种状态，结构内键断裂导致产品流动。
结构（或内部键）断裂时刻起，即没有形变而只有流动。
我们可以认为此时所需的剪切应力为“真正屈服应力”。
线性粘弹区的结束可以认为样品依赖于屈服应力。
振荡测试得到两组数据。
他们是储存模量（样品的弹性部分)和损耗模量（粘性部分）。
有较高值的部分将决定样品的稳定性。
有两种可能性：G“ (loss modulus) > G‘ (storage modulus)损耗模量大于存储模量粘性形变行为优于弹性行为。
测试样品呈现流体特性。
典型例子如高温聚合物熔体、聚合物溶液、低分子量聚合物（短分子链，缠结较少），非聚合物流体等。
G“ (loss modulus) < G‘ (storage modulus)损耗模量大于存储模量弹性形变优于粘性形变。
结构表现一定的刚性。
这显然是固体或膏状体。
然而，对于分散体如低粘度涂料，这种模量比率意为着静止状态呈膏状行为。
热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 26000Â [%]1101001000G ' [P a ],G " [P a ].1.00.0t a n (Ì) [-]A m p lit u d e S w e e p (G e l)W P G E L G ' = f (Â) G "=f (Â) t a n (Ì) = f (Â)这一效应的例子如牛奶。
哈克转矩流变仪旋转粘度计测量触变性
热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260旋转粘度计培训 (第2部分) -- 旋转粘度计测量触变性触变性是指结构的破坏与恢复。
通过触变性影响，我们观察结构被第一次破坏后的重新建立。
通过测量触变性，我们可以了解有关样品的流平性、实际使用情况和加工情况。
刷油漆时，我们希望漆膜平整。
如果油漆粘度低，它可以很好流动，不会有刷子的痕迹。
我们称此为油漆的流平性。
实际发生的是刷油漆过程油漆的结构被破坏,过2分钟左右，油漆的结构必须重新建立，以防止漆膜松垮。
一些材料的实际应用，我们也利用触变性的特点。
比如发胶。
使用发胶时，我们将其压出至手上。
施加应力，发胶开始流动，此时发胶粘度较低。
当发胶挤到我们手上，它立刻恢复其胶体结构。
反之，发胶会在手上流动(这是我们不希望的)。
现在。
我们想把发胶涂到头发上，这是一高剪切过程。
发胶变成稀的流体，我们需要这样才好将发胶均匀涂到头发上。
之后，发胶又必须恢复结构以起到固定发形的作用。
作为触变性在过程中的重要性实例，我们来看长径瓶中的番茄酱。
我们倒出番茄酱之前需要摇动瓶子。
如果触变性效应很强，我们只需要几秒钟甚至千分之几秒就可以倒出番茄酱。
番茄酱恢复其结构需要至少几分钟。
用控制速率粘度计，我们让剪切速率从低至高，然后再回到低剪切速率。
Figure 1: Thixotropy determination050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 S h e a r S t r e s s ‚ (P a ) Shear Rate Á [1/s]计算触变性，我们测量上升(前进)曲线减去下降曲线的面积差(封闭环)。
这一面积值是触变结构被破坏的量。
由于旋转粘度计不能测量“静止”状态的粘度，因此我们无法及时测量结构恢复的时间。
结论:旋转粘度计可以测量触变效应。
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Rheomix600, Banbury-Rotor Temp.: 130°C, m: 80g
Compound 1
Compound 2
n = 70 rpm
n = 5 rpm
Time [min]
34
密炼机–应用
使用密炼机改善工艺条件
热熔挤出生产：
流程 1： A + B + C 流程 2： A + C + B 扭矩 1
Cam转子
热塑料、较少轴向分布，陶瓷复合物、食 品（粘稠、高扭矩）
食品应用和塑料溶胶（有扭矩限制） Sigma转子
14
密炼机–测量原理
在加热密炼腔内使用反向旋 转转子的样品剪切过程
试验结果：
3
2
扭矩
熔体温度
15
电加热密炼机（原理图）
4 1 2 7 3 9 6 5
1 后板 2 中碗 3 前板 4 转子轴承
32
PES树脂交联
12 10 8
Rheomix540, Delta转子 温度：120 ℃,转速：50rpm,质量：63g
Torque [Nm]
扭6 矩 4
2 0 0 1
样品1
样品2
2
3
时间（min） Time [min]
4
5
33
密炼机–应用
不同转速下橡胶的密炼过程
2 Rubber-Compounds
• 加料可手动或气动操作
11
密炼机的各种转子
12
密炼机转子及应用
Roller转子
用于混合热塑性材料，如聚烯烃、聚 氯乙烯、工程塑料等
Banbury转子
用于混合弹性体，还可用于将粉末混 合到热塑料材料中 橡胶行业中应用更为普遍
13
密炼机转子及应用
Delta转子
热固性材料的混合和交联，使用540型锥 形密炼腔
表示材料到达最低粘度。
• 降解产生（O）： 材料开始发生分解的时间。 此点对处理稳定性至关重要。 可设置为扭矩的百分比值 高于最低扭矩。 • 分解峰值（D）： 分解到达最高值时显示。 扭矩值重要性不大，仅用于计算分解速率。 • 稳定时间： “S”（稳定扭矩）和“O”（分解发生点）之间的时间。 此值表示有关加工混合物的加工时间和稳定性。
聚合物加工领域的合作者（MC-Haake）
转矩流变仪QC
转矩流变仪OS
台式系统的测量密炼机和
挤出机，可用于质量控制
模块化系统，配有测量密炼
机和挤出机，可模拟生产并 对流程进行验证
1
聚合物加工领域的合作者（ MC-Haake ）
微量混合流变仪
微量注射成型仪
在线流变仪
微量混合流变仪和微量注 射成型仪，适用于极少量 材料的加工（1~50克）
steel barrel
43
用于食品挤出的特殊单螺杆挤出机机筒
特殊沟槽式挤出机机筒：
可挤出不粘壁材料
挤出机机筒
沟槽
挤出机螺杆
44
双螺杆挤出机类型
45
平行同向双螺杆挤出机PTW和锥形反向双螺杆挤出机CTW
46
双螺杆挤出机类型
同向旋转
反向旋转
47
双螺杆挤出机对比
反向旋转双螺杆挤出机： - 规定的停留时间（适用于硬质PVC等）
PA6（使用稳定剂）
PA6（不使用稳定剂）
20
使用不同炭黑的SAN
30
25
Rheomix600, Roller转子
温度：230℃, 质量：58g, 转速：40 rpm
扭 矩
Torque [Nm]
20
15
SAN & 30% 炭黑 2
10
5
SAN & 30% 炭黑 1
0 0 2 4 6 8 10 12 14
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型2
• 负载点（L）： 表示密炼机填料完毕并且关闭。 此点仅作为计算的时间依据。 扭矩值根据载料类型而定。 载料速度和载料强度可人为调控。
• 熔点（F）：
表示PVC熔融完成。 此点对混合物配方至关重要。 超过此点值后，扭矩由于摩擦/热量开始降
低。
• 最低点（M）： 表示材料到达最低粘度。
密炼机 RheoDrive 单螺杆挤出机 双螺杆挤出机
附加
分析传感器
转子
喂料系统
螺杆
口模
后牵引设备
5
PolyLab OS - 新设计
6
PolyLab OS - 新设计
7
PolyLab OS 应用试验
PolyLab OS
相对测量
其他CAN传感器
绝对测量
密炼机 试验
挤出机 试验
流变测量
单螺杆 挤出机
10
液体（油）加热密炼机：Rheomix 610 / 3010
• 液体加热一般用于较低温度的实验（例如橡胶的密炼实验） • 3区加热： 后板 / 中碗 / 前板 • 温度范围：室温到350℃ • 可程序升温 • 可自由更换转子： - Roller 转子 - Cam转子 - Banbury 转子 - Sigma 转子
3
转矩流变仪系统 为什么选用转矩流变仪？
• 聚合物在熔融状态下进行加工： （挤出、注塑） • 可流动性（粘度）将影响： 可加工性 最终产品的质量 • 转矩流变仪及其测量传感器是： 小型化的生产设备 （密炼机、挤出机、转子、后牵引设备） • 测试流程与生产相似
4
转矩流变仪 PolyLab OS
RheoDrive（主机） + 密炼机/挤出机（测量系统）+附件
15
20
28
密炼机试验和挤出机的相关性
示例： PVC稳定性
扭矩
时间
29
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型4&5
扭矩
材料：
• PVC 粒料（稳定性试验） • 交联材料 （PE、橡胶、热固性材料 ）
测试点：
稳定时间
L
S
M
O
D
• • • • •
L = 负载点 S = 稳定扭矩 M = 最低点 O = 交联发生 D = 交联峰值
39
标准单螺杆挤出机
加热和冷却套
进料冷却 螺杆背压测量 传感器 （可选）
传感器端口 （标配2个, 其他可选）
40
带发泡端口的单螺杆挤出机
气体进样阀
加料冷却
加热和冷却套
41
带发泡端口的单螺杆
42
特殊的双金属单螺杆挤出机机筒
• 应用1：高填充聚合物
ABS, EVA, LCP, PA, PC, PE, PI, POM, PS, PBTP, PETB, PVC, PP, Thermosets, 酚醛树脂牌号：11, 12, 31 聚酯树脂牌号：801 to 804 橡胶添加剂
扭矩 [Nm]
材料：
• PVC （硬质） 稳定性试验
测试点：
稳定时间
• L = 负载点 • V = 谷点
• • • • •
L V F S
0 3 6 9 12 15 18 运行时间 [minutes] 21
M
24
O
27
D
30
（熔融过程起始点） F = 熔点 （ 熔融过程结束） S = 稳定扭矩 M = 最低点 O = 分解发生 D = 分解峰值
无机物 SiO2, CaSiO3, CaCO3 金属氧化物 TiO2, Fe2O3, Al2O3 其他，如玻纤,碳纤，云母，阻燃剂
Powder metal insert
• 应用2：腐蚀性含氟聚合物
聚四氟乙烯PTFE，聚偏氟氯乙烯PVDF (含或不含添加剂间 [分]
21
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型2
扭矩 [Nm]
材料： • PVC （硬质）
L
0 1 2
V
3 4
F
5 6 7 8 9
M
10
测试点： • L = 负载点 • V = 谷点 （熔融过程的起始点） • F = 熔点 （ 熔融过程完成） • M = 最低点
运行时间 [min]
22
能量 1
能量 2
扭矩 2
时间 [min]
35
密炼机气体流量传感器
特氟隆挡板 筛板 气体出口
应用:
- 发泡混合物 - 降解实验
36
气体流量传感器测试结果
37
PolyLab OS 测量系统
• 实验室（测量）挤出机：
挤出机
单螺杆挤出机
双螺杆挤出机
“外部设置"
同向旋转
反向旋转
锥形
平行
38
单螺杆挤出机类型
稳定扭矩点根据交联发生点设置
31
相同门尼粘度的混合生胶
30 25
批次 1
Torque [Nm]
20 15 10 5 0 0 1 2 3 4
时间（min） Time [min]
批次 2
扭 矩
Rheomix600, Banbury转子 温度：130℃, 转速：60 rpm, 质量：63 g
5 6 7 8
27
应用：PVC 稳定性试验
50 45 40
Rheomix600, Roller转子 温度：170 ℃, 转速：60rpm, 质量：65g
a a b a： PVC 干混料（ 稳定剂1.9%） b： PVC 干混料 （稳定剂 2.0%） b
Torque [Nm]
35 30 25 20 15 10 5 0 0 5 10 Time [min]
L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
M 10
• M = 最低点
最低熔体粘度
运行时间