流变仪的基本原理及应用
流变仪的基本应用和原理
流变仪的基本应用和原理流变仪的基本应用流变仪是一种广泛应用于材料科学、化学工程、食品工程、生物医学等领域的实验仪器。
它主要用于研究物质在受力下的流变性质，即物质的变形与应力之间的关系。
以下是流变仪的一些基本应用：1.材料研究和开发：流变仪可以帮助科学家研究不同材料在不同温度、压力和频率条件下的流变行为。
例如，研究聚合物的流变性质可以帮助改进塑料的性能，开发新型材料。
2.食品工程：流变仪可以用于分析食品的流变特性，如黏度、弹性和黏弹性等。
这对于食品加工工艺的优化和改进至关重要。
3.生物医学：流变仪可以用于分析生物体内的生物流体，如血液、淋巴液等的流变性质。
了解这些生物流体的流变特性有助于诊断疾病并改善医疗手段。
4.油墨和涂料：流变仪可以用于评估油墨和涂料的流变特性，包括黏度、流动性和抗剪切性。
这些数据可以帮助制定更好的配方和改进生产工艺。
5.建筑材料：流变仪可以用于研究混凝土、水泥等建筑材料的流变行为。
这对于确保结构材料的质量和性能非常重要。
6.化学工程：流变仪可以用于研究化学反应中的流变行为，帮助优化废水处理、催化剂设计以及石油加工等过程。
流变仪的原理流变仪通过施加外力并测量物质的变形情况，来确定物质的流变特性。
以下是流变仪的基本原理：1.应力施加：流变仪通过施加外力，如旋转圆柱、挤出或剪切等方式，使物质发生变形。
这个外力可以是恒定的或周期性的，以模拟实际应用场景。
2.变形测量：流变仪会测量物质在施加外力下的变形情况。
通过这些测量数据，可以计算出物质的应力-应变关系，从而得到物质的流变特性。
3.测量参数：流变仪测量的主要参数包括：–应力（shear stress）：施加在物质上的力，单位是帕斯卡（Pa）。
–应变（shear strain）：物质的变形程度，没有单位。
–变形速率（strain rate）：单位时间内的变形速度，常用秒的倒数表示。
4.流变模型：根据测得的应力和应变数据，可以利用流变学原理建立数学模型，来描述物质的流变性质。
流变仪的基本原理及应用
流变仪的基本原理及应用1. 概述流变仪是一种用于测量物质在应力作用下的流变性质的仪器。
它可以通过施加不同的力来测试物质的变形情况，并根据测量数据来分析物质的流动行为和性质。
流变仪广泛应用于材料科学、化学工程、生物医学等领域。
2. 流变仪的基本原理流变仪的基本原理是根据牛顿流体力学的黏滞阻力原理。
当外力作用于流体时，流体会发生变形，并产生阻力。
流变仪利用旋转、振动或剪切等方式施加外力，测量物质的变形情况，并通过计算得到物质的流变性质。
3. 流变仪的组成部分流变仪一般由下述几部分组成：•电机或振动器：用于施加外力并引起物质的变形；•转子或振荡器：通过旋转或振动来引发物质的变形；•传感器：用于测量物质的变形情况；•数据采集系统：用于记录和处理测量数据；•控制系统：用于控制流变仪的操作。
4. 流变仪的应用流变仪在许多领域都有广泛的应用，以下是几个常见的领域及其应用：4.1 材料科学•粘弹性材料研究：使用流变仪可以测量材料在不同应力下的应变程度，从而研究其粘弹性质；•材料流动性测试：流变仪可以测量材料在不同温度和压力下的流动性能，对材料的加工性能评估具有重要意义；•薄膜涂覆研究：通过流变仪可以评估涂覆材料的流动性能和薄膜厚度等重要参数。
4.2 化学工程•流体混合性能测试：流变仪可以评估化工过程中不同液体的混合性能，从而优化反应条件；•流体输送性能研究：通过流变仪可以测试流体在管道中的输送性能，包括黏度、流速等参数；•聚合物溶解和分散性能研究：流变仪可以测量聚合物在不同溶剂中的溶解和分散性能。
4.3 生物医学•细胞流变学研究：流变仪可以测量细胞在不同应力作用下的变形情况，从而研究细胞的流变学特性；•生物高分子材料研究：利用流变仪可以评估生物高分子材料的力学性能，如弹性模量、黏度等；•药物传输性能评估：通过流变仪可以测试药物在不同条件下的输送性能，对药物研发具有重要意义。
5. 总结流变仪是一种重要的测试仪器，可以用于测量物质的流变性质。
流变仪的原理及应用
流变仪的原理及应用一、流变仪的原理流变仪是一种用于研究物质的变形和流动特性的仪器。
它通过测量物质在施加剪切力作用下的变形情况，以及对应的应力响应，来分析物质的流变特性。
流变学是研究物质变形和流动规律的学科，广泛应用于诸多领域，如化工、材料、制药等。
常见的流变仪由一个驱动系统、一个测力系统和一个测量系统组成。
驱动系统通过施加剪切力来使物质发生变形。
测力系统通过传感器测量物质受到的剪切力。
测量系统根据测力系统获得的数据计算物质的变形情况和应力响应。
流变仪根据测量原理的不同分为多种类型，如旋转式流变仪、振动式流变仪、内旋式流变仪等。
这些流变仪在操作方式和测量原理上有所区别，但基本的原理是相似的。
二、流变仪的应用流变仪被广泛应用于不同领域的研究和生产中，以下列举了几个典型的应用案例。
1. 化工领域在化工领域，流变仪被用于研究各种液体和非牛顿流体的性质和行为。
通过测量物质的流变特性，可以优化流程设计、提高产品质量和效率。
例如，流变仪可以用于研究聚合物的流变行为，以指导合成过程的优化和产品的开发。
2. 材料科学领域流变仪在材料科学领域的应用非常广泛。
它可以用来研究材料的粘弹性、塑性和黏度等特性。
这些信息对于材料的设计和制备至关重要。
例如，在涂料工业中，流变仪可以用来评估涂料的流动性和均匀性。
在塑料工业中，流变仪可以用来研究塑料的熔融行为和加工性能。
3. 食品工业流变仪在食品工业中的应用主要是用于测量食品的流变特性以及质感的研究。
例如，通过测量冷冻食品的流变特性，可以优化其加工工艺，提高品质。
同时，流变仪还可用于研究食品的黏度、弹性和液固转变等性质，对产品的质感提供指导。
4. 制药行业在制药行业，流变仪被用于研究和控制药物的物理特性和流动性。
这对于药物的制剂开发和生产至关重要。
通过测量药物的流变特性，可以优化药物制剂的稳定性和可溶性。
此外，流变仪还可以用于研究药物的释放行为，对药物的生物利用度提供指导。
三、总结流变仪是一种用于研究物质流变特性的重要仪器。
毛细管流变仪原理及应用
毛细管流变仪原理及应用毛细管流变仪（capillary rheometer）是一种用于研究物质流变性质的仪器。
它的原理基于毛细管流动和约束流动，测量物质在不同条件下的流变行为，并分析其粘度、流变指数、流变应力等参数。
毛细管流变仪广泛应用于塑料、橡胶、涂料、胶粘剂、食品和医药等领域。
毛细管流变仪的原理主要包括两个方面：一是毛细管内液体的流动，二是被测物质的流变性质。
毛细管内液体的流动原理是基于胡克定律。
当物质通过毛细管时，由于毛细管壁的内摩擦力和物质流动所产生的剪切力相互作用，物质内部会产生剪切变形。
根据胡克定律，剪切应力与剪切变形之间存在线性关系。
毛细管流变仪通过测量施加在物质上的剪切应力和物质的剪切变形，得到物质的粘度。
被测物质的流变性质主要通过物质在不同温度、剪切速率和剪切应力下的表现来研究。
毛细管流变仪通过控制温度、施加剪切速率和剪切应力，判断物质的流变行为。
例如，物质的流变指数可以判断物质是属于牛顿流体还是非牛顿流体。
牛顿流体的流变指数为1，即剪切应力和剪切速率成正比；非牛顿流体的流变指数小于1或大于1，并且剪切应力和剪切速率之间的关系不是线性的。
毛细管流变仪的应用领域非常广泛。
在塑料和橡胶工业中，毛细管流变仪可以帮助生产商确定塑料和橡胶的加工条件，控制产品质量。
例如，通过测量塑料熔融指数，可以了解塑料的熔融流动性，并控制熔融过程的温度和剪切速率。
在涂料和胶粘剂工业中，毛细管流变仪可以评估涂层和粘合剂的流动性和涂布性能，帮助调整配方和生产工艺，提高产品质量。
在食品和医药领域，毛细管流变仪可以研究食品和药品的流变性质，了解其流动行为和质量特性，指导食品加工和药物制剂的设计。
总之，毛细管流变仪作为一种重要的流变性质测试仪器，具有广泛的应用价值。
通过测量物质的流变行为，可以了解物质的物理特性、加工性能和产品质量，为不同领域的生产和研发提供重要的参考依据。
流变仪原理
流变仪原理
流变仪是一种用于测试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，以及相应的应力响应。
流变仪原理主要基于牛顿流体力学和材料学知识，可用于研究各种物质的流变性质，包括液体、半固体和固体。
流变学是一个交叉学科，包含材料学、化学、物理学和机械工程学等多个学科。
流变学研究的是物质在非平衡状态下的力学行为，即物质在受到外力作用时的形变和应力变化。
通过流变仪测试物质在不同温度、压力和频率下的流变性质，可以获得材料的力学特性和性能参数，为材料设计和工程应用提供重要的科学依据。
流变仪的基本原理是利用旋转或振荡的方式施加外力，在物质内部形成剪切应力，然后通过测量形变和应力来确定物质的流变性质。
对于牛顿流体，剪切应力与剪切速率成正比；而对于非牛顿流体，则存在剪切变稠或剪切变稀现象。
通过流变仪可以测量这些非牛顿流体的变稠或变稀特性，判断物质的流变性质。
流变仪的应用广泛，涵盖了食品、化妆品、胶体、涂料、塑料、橡胶、金属、土壤、岩石等各个领域。
在食品工业中，流变仪可以测量食品的黏度、弹性和塑性等特性，帮助制定食品配方和加工工艺；在化妆品领域，流变仪可以评估化妆品的流动性、黏度和稳定性等特性，帮助改善产品性能；在橡胶和塑料工业中，流变仪可以测试材料的拉伸、弯曲和压缩等性能，帮助改进材料的制造和加工过程。
总之，流变仪原理在材料科学和工程中具有重要的应用价值，为
各个领域的科学研究和工程应用提供了必要的技术支持。
流变仪测液体粘度的原理
流变仪测液体粘度的原理1 流变仪简介流变仪是一种用来测试液体流变性质的仪器，主要用于液体粘度测试。
它是近年来发展起来的一种新型仪器，被广泛应用于医药、食品、化工、材料等领域。
流变仪是一种实验室常用的粘度测试仪器，通过分析液体在外部力作用下随时间发生的变化，完成对液体的粘度和流变性质的测试和分析。
2 流变仪测量原理流变仪的测量原理是基于牛顿定律和流变学原理的，即物质流变性的不同特征可以被不同的测试方法或测试模型描述。
在流变学中，液体的流变特性通常分为剪切性膨胀性等两种类型，通过对液体在剪切力下的变化进行测试就可以检测出这些性质的变化。
流变仪主要测量剪切、振动、旋转等力作用下物质的变形行为。
它通过给待测物料施加恒定的外力，即剪切力，然后监测物料的应变和时间变化，最终得出物料粘度和流变学特性。
3 流变仪测量方法流变仪可以通过多种方法来测量液体粘度，比如剪切模式和振动模式等。
剪切模式是指流变仪通过给待测物料施加恒定的剪切力，然后测量物料的变形情况，进而计算出物料的粘度值。
振动模式是流变仪将待测物料放在一定频率的振动台上，然后检测物料在振动时间内的变形情况，最终计算出物料的粘度值。
在液体测量过程中，流变仪会给待测物料施加一定速度的剪切力，然后通过检测物料在剪切力下的变形情况，计算出液体的黏度值。
同时，流变仪还可以通过分析物料的作用时间、力作用大小等信息，进一步探究物料流变学特性，为科学研究和应用提供更加准确的数据支持。
4 流变仪的应用领域流变仪在医药、化工、材料、食品等领域中得到了广泛应用。
在医药领域，流变仪可以测量药物粘度等物理化学性质，为药物研发和生产提供数据支持；在化工领域，流变仪可以检测化学反应过程中液体粘度的变化，指导化学反应的过程控制；在食品领域，流变仪可以测量食品质地和口感等参数，为产品研发和生产提供支持。
总之，流变仪是一种粘度测试的常用仪器，凭借其准确、可靠的测试数据和流变学特性分析，为液体物料的研究和应用提供了不可或缺的帮助。
流变仪 原理
流变仪原理流变仪是一种用来测试材料流变性质的仪器，它可以帮助我们了解材料在受力作用下的变形特性和流动行为。
流变仪的原理是基于流变学的理论，通过施加不同的力或应变，来观察材料的变形情况，从而得出材料的流变特性。
下面我们将详细介绍流变仪的原理。
首先，流变仪的原理基于流变学的基本原理，流变学是研究物质在外力作用下发生形变和流动的学科。
流变仪通过施加不同的外力，如剪切力、扭转力等，来测试材料的变形情况。
在流变仪中，我们可以通过测量材料的应力-应变关系曲线，来了解材料的流变特性。
这些曲线可以帮助我们分析材料的黏弹性、塑性流变等特性。
其次，流变仪的原理还涉及到流变仪的工作原理。
流变仪通常由外部驱动装置、变形装置、检测装置和控制系统等部分组成。
外部驱动装置可以提供不同的力，如剪切力、扭转力等，来施加在材料上。
变形装置可以将外部力传递给材料，引起材料的变形。
检测装置可以实时监测材料的变形情况，并将数据传输给控制系统进行处理和分析。
最后，流变仪的原理还包括了流变仪的测试原理。
在使用流变仪进行测试时，我们通常会对材料施加不同的外力，如剪切力、扭转力等，同时监测材料的应力和应变情况。
通过对应力-应变关系曲线的分析，我们可以得出材料的流变特性，如剪切黏度、塑性流变指数等参数。
这些参数可以帮助我们了解材料的变形特性和流动行为，对材料的研究和应用具有重要意义。
综上所述，流变仪的原理是基于流变学的理论，通过施加不同的外力，来测试材料的变形情况，从而得出材料的流变特性。
流变仪的工作原理包括外部驱动装置、变形装置、检测装置和控制系统等部分，通过这些装置可以实现对材料的测试和分析。
通过对应力-应变关系曲线的分析，我们可以了解材料的流变特性，这对材料的研究和应用具有重要意义。
流变仪的原理是流变学理论的具体应用，对于材料科学和工程领域具有重要的意义。
流变仪的基本原理及应用
(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。
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
3
关于流变仪的简单介绍
zz r
动量方程在r 方向上可以简化为
积分并简化得
d dr
p
rr
d rr
dr
V2 r
r
rr
rr R rr KRK 1N1K 11r2
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旋转流变仪
测量系统的选择
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旋转流变仪
41
旋转流变仪
测量模式的选择
107
Viscosity [Pa.s]
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旋转流变仪
锥板结构的缺点：
(i) 体系只能局限在很小的剪切速率范围内，因为在高的旋转速度下，由 于惯性的作用，聚合物熔体不会留在锥板与平板之间。对于低粘度和 有轻微弹性的流体，可以使用杯来代替平板，这样可以得到大的剪切 速率；
(ii) 对于多相体系，如固体悬浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子 的大小和板间距相差不大，就会引起很大的误差。对于多相体系的 最佳选择是同轴的平行板夹具；
毛细管流变仪的原理及应用
毛细管流变仪的原理及应用毛细管流变仪是一种常用的实验仪器，用于研究流体的流变特性。
它的原理是基于毛细管现象和流体的黏性耗散行为。
毛细管现象是指当流体通过一个细长管道或孔时，由于表面张力的作用，会导致流体在管道或孔中产生压力差。
流体的黏性耗散行为是指在流体内部，由于分子间的相互作用力，使流体具有一定的粘性和黏滞性。
毛细管流变仪通过放置一个细长的毛细管在一个流体样品中，通过施加一个小的外力，来测量流体的流变特性。
具体操作步骤如下：首先选择合适的毛细管，并将其放在样品中，待样品充分湿润毛细管表面后，通过施加一个小的压力或重力，使样品在毛细管中发生流动。
然后，通过测量毛细管两端高度差或流速来确定流动速度，进而计算出流体的黏度。
根据施加不同的压力或重力，可以得到流体在不同剪切应力下的流变行为，从而分析流体的黏性特性和流变性质。
毛细管流变仪有着广泛的应用领域。
首先，在化学领域，毛细管流变仪可以用来研究聚合物的流变行为，如聚合物的黏度、流变特性及其与温度、浓度和外界条件的关系。
此外，毛细管流变仪还可以用于研究溶胶和胶体的流变行为，如悬浮液、乳液和微粒分散体系的流变特性，以及聚集态的形成与破坏机制。
其次，在材料科学领域，毛细管流变仪可以用于研究液态材料和凝胶材料的流变性质，如胶体浆料、涂料和粘合剂的黏度、流变特性以及随时间的变化。
毛细管流变仪还可以用于研究纳米材料的流变行为，如纳米颗粒的分散性、聚集与分散机制以及与溶剂、表面改性剂等的相互作用。
此外，在食品科学领域，毛细管流变仪可以用来研究食品的流变特性，如浆料、糊状物和乳状液的黏度、流变行为以及与温度、配方等因素的关系。
毛细管流变仪还可以用于研究食品加工过程中流体的流变行为，如搅拌、混合、输送、喷雾等。
研究流体的流变性质和流变行为对于食品的加工和质量控制具有重要意义。
总之，毛细管流变仪的原理基于毛细管现象和流体的黏性耗散行为，通过测量流体在毛细管中的流动速度和施加的剪切应力，来研究流体的黏性特性和流变性质。
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。
流变仪的使用及原理
流变仪的使用及原理
流变仪是一种用于测量物质流变性质的仪器，它可以测量物质在不同应力下的变形情况，从而得出物质的流变特性。
流变仪广泛应用于化工、食品、医药、材料等领域，是研究物质流变性质的重要工具。
流变仪的使用
流变仪的使用需要注意以下几点：
1. 样品的准备：样品应该充分混合均匀，避免出现气泡和颗粒，以免影响测量结果。
2. 测量条件的设置：根据样品的特性和测量要求，设置合适的温度、转速、应力等参数。
3. 测量过程的控制：在测量过程中，应注意控制样品的温度、转速和应力，避免出现异常情况。
4. 数据的处理：测量结束后，应对数据进行处理和分析，得出样品的流变特性参数。
流变仪的原理
流变仪的原理基于牛顿流体力学和非牛顿流体力学的基础上，通过施加不同的应力，测量物质的变形情况，从而得出物质的流变特性。
在牛顿流体力学中，物质的粘度是一个常数，不受应力的影响。
而在非牛顿流体力学中，物质的粘度随着应力的变化而变化，可以分为剪切稀释和剪切增稠两种类型。
流变仪通过施加不同的应力，测量物质的变形情况，从而得出物质的流变特性。
流变仪可以测量物质的剪切应力、剪切应变、粘度、弹性模量、黏弹性等参数，可以用于研究物质的流变特性、流变行为和流变机制。
流变仪是一种重要的实验仪器，可以用于研究物质的流变特性和流变行为，对于化工、食品、医药、材料等领域的研究和生产具有重要的意义。
流变仪原理
流变仪原理
流变仪是一种用来测量材料的流变性质的仪器。
其原理基于牛顿流体力学和弹性变形力学的基本原理，并利用材料在外力作用下的变形与应力的关系来描述材料的流动特性。
流变仪的基本构造包括旋转驱动系统和变形检测系统。
旋转驱动系统通过旋转固体静态的环状试样来施加剪切力，而变形检测系统则通过传感器来测量试样的变形和应力。
在流变仪实验中，通常使用圆盘式或平板式试样。
试样被装入流变仪的试样夹具中，并施加被称为剪切应力的外力。
试样在旋转驱动系统的驱动下开始变形，此时流变仪的变形检测系统会监测试样的变形并记录下来。
利用测得的变形数据，可以计算出材料的应力、应变和黏度等流变物性参数。
这些参数可以帮助我们了解材料的流动性能，包括流动的趋势、变形的程度以及流体的黏度等。
总的来说，流变仪的原理是通过施加剪切力并测量材料的变形和应力，从而得出材料的流变性质参数。
通过对流体材料的流变性质研究，我们可以更好地了解材料的流动行为，并为相关工程和科学研究提供基础数据。
第六章 流变仪的基本原理及应用 ppt课件
③ 挤出流变：研究聚合物熔体的流动行为, 以表征 其加工性能, 深入研究分子结构。
④ 挤出造粒
⑤ 反应挤出
⑥ 纳米复合
⑦ PVC加工
转矩流变仪
• 功能单元只要有两类，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，而且可以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。
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
概述
哈克旋转流变仪
赛默飞世尔
锥板结构
平行板结构
测量模式
应变扫描
转矩流变仪
• 转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，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。
第六章 流变仪的基本原理及应用
第一节 旋转流变仪
旋转流变仪:在稳定或变速情况下测量扭矩，用夹具因子将物理 量转化为流变学的参数
流 变 仪
毛细管流变仪：计算机测控智能化恒压式毛细管流变仪，通过 计算机测定各种压力作用下的各种规格毛细管在不同的升温速 率下、不同温度时的挤出速度。
转矩流变仪：研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想 设备，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，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。
流变仪的基本原理及应用PPT课件
毛细管流变仪
负荷与滑塞速度 平衡
此处n不是幂律指数
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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
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毛细管流变仪
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旋转流变仪
基本结构
◆ 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。
(ii) 对于多相体系，如固体悬浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子 的大小和板间距相差不大，就会引起很大的误差。对于多相体系的 最佳选择是同轴的平行板夹具；
(iii) 应该避免用锥板结构来进行温度扫描实验，除非仪器本身有自动的 热膨胀补偿系统。
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旋转流变仪
黏度的测量：
因为剪切速率在间隙中是恒定的，因此粘度可以从扭矩求得。 由于剪切应力也是常数，扭矩可以表示为
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
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关于流变仪的简单介绍
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毛细管流变仪
两类主流毛细管流变仪的主要区别
恒速型
恒压型
柱塞前进速率恒定， 作匀速运动
待测量为毛细管两端的压力差
而后者是匀速运动
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毛细管流变仪
物料在毛细管中流动的三区域： 入口区、完全发展区、出口区
L: 毛细管总长 p1 :柱塞杆对聚合物熔体施加的压力 p0 :大气压 pe :出口处熔体压力
第6章-流变仪的基本原理及应用
0
熔体指数仪 1~100
转动性流变仪 10-6~103
旋转流变仪 10-3~1
门尼黏度计
压缩性、振荡型
混炼型
≥10-2
挤出式毛细管 10-2~105
黏度/Pa.s 10-3~103 ~104 10-2~1011
10-1~107
6.1 毛细管流变仪
毛细管流变仪是目前发展最成熟、应用最广的 流变测量仪 优点：操作简单、测量范围宽(10-2~105剪切速率) 具体应用： （1）测定高分子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；
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
物料从直径直大的料筒经挤压通过有一定入口角的人 口区进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生 巨大变化。人口区附近物料有明显的流线收敛现象。 物料在进入毛细管一段距 离之后才能得到充分发展， 成为稳定的直动。而在出 口区附近。由于约束消失， 熔体出现挤出胀大现象， 流线也发生变化。因此， 物料在毛细管中的流动 动可分为三个区域：入口区、 完全发展的流动区和出口区
d)流道收缩比(DR/D)的影响
6.1.5 出口区的流动行为
影响挤出胀大的因素： e)分子量的影响
分子量越大，松弛时间增加，挤出胀大越大。
f)在平均分子量相等下，分子量分布 的影响（主要是高分子量影响）
分子量分布越宽，挤出胀大越大。
g)增塑剂的影响
增塑剂的加入，减弱分子间的相互作用，缩短松弛时间， 挤出胀大减少。
R
R 2
L'
P e0R
或 R
R 2
P-Pent L'
流变仪的基本应用和原理
仪
第6章 流变仪的基本原理及应用
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
细 动状况发生巨大变化。
入口区附近物料会受到拉伸作用, 出现了明显
第6章 流变仪的基本原理及应用
§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
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
•
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 壁参量和最大参量。
第6章 流变仪的基本原理及应用
速度分布
vr
n
n
1
p 2 K L'
1
n
n1
Rn
n1
rn
R 2
pR L' e0 R
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。
7. 土壤力学：流变仪可用于测试土壤的黏塑性和变形特性，以指导土壤工程和地质灾害防治。
结论：流变仪是一种用于研究物质流变性质的重要仪器，它通过施加剪切力并测量应变速率来研究物质的流动行为。
流变仪的工作原理基于牛顿黏度定律，并应用于化妆品、食品、医药、塑料、橡胶、石油和土壤力学等领域。
通过对流变仪原理的深入了解，我们可以更好地理解和应用流变学知识，推动各个领域的科学研究和工程实践。
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。
旋转流变仪使用及原理
旋转流变仪使用及原理标题：旋转流变仪的使用及原理：揭开材料研究的奥秘引言：旋转流变仪（Rotational Rheometer）作为一种重要的实验设备，在材料研究和应用中扮演着至关重要的角色。
它能够对物质的流变行为进行准确测量和分析，为科学家们提供宝贵的实验数据和理论支持。
本文将深入探讨旋转流变仪的使用方法和原理，并分析其在研究领域中的应用。
第一部分：旋转流变仪的基本原理旋转流变仪通过施加转速和切变应力，测量样品在流动过程中的力学行为。
其基本原理可以概括为以下几点：1. 旋转流变仪使用一对同心圆柱形容器，其中内圆筒固定而外圆筒可以旋转。
样品被放置在两圆筒之间，并且在旋转时受到切变应力的作用。
2. 通过改变旋转速度和施加的切变应力，旋转流变仪可以模拟不同的流动条件，并测量样品的响应。
3. 旋转流变仪可以测量多种流变参数，如动态黏度、剪切应力、剪切速率、粘弹性等，从而提供材料流变特性的丰富信息。
第二部分：旋转流变仪的使用步骤1. 样品准备：根据实验需求，精确称量指定量的样品，并将其放置在旋转流变仪的测试腔室中。
2. 设定实验参数：根据研究目的，选择合适的旋转速度、温度和切变应力。
这些参数的选择应基于样品的特性和预期的测试结果。
3. 运行实验：启动旋转流变仪，使其按照预设参数开始测试。
在测试过程中，系统会自动记录并输出采集到的数据。
4. 数据分析：根据实验结果，进行数据的处理和分析。
通过绘制流变曲线、计算黏度和切变力等参数，可以得到关于样品流变性质的详细信息。
5. 结果解读：根据数据分析的结果，对样品的流变特性进行解读和理解，并与相关领域的理论知识进行比较和分析。
第三部分：旋转流变仪的应用领域旋转流变仪在众多领域中都具有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 材料科学：旋转流变仪可用于研究聚合物、涂料、胶体和复合材料等的流变特性，为材料的设计和制备提供重要参考。
2. 食品工业：通过对食品的流变特性进行测量和分析，旋转流变仪可以改善产品的质量和稳定性，并指导食品工艺的优化。
流变仪测试原理
流变仪测试原理流变仪是一种应变测量仪器，它可以用来测量材料的失效性能和物理性能，以及固体的弹性和塑性性能。
它是一种非常常用的测试设备，在材料科学、机械工程和科学研究中都有广泛应用。
它可以测量微小尺寸变形，计算出材料的应变强度，可以帮助工程师和科学家了解材料的性能，以便进行力学分析和设计。
流变仪的基本原理是测量随时间的变形，变形的程度可以用应变来表示，而应变的程度可以用弹性和塑性来表示。
此外，它还可以测量材料在弯曲和压缩时的变形，测量材料在加载和卸载时的变形，测量材料在回弹和恢复时的变形。
流变仪由一个加载机构、一个测量机构和一个控制器组成，其中加载机构可以用电力、液压力或机械力等，它可以把一个特定的力作用于测试样品，而测量机构则可以测量力的大小和方向。
控制器可以自动控制力的大小和方向，以实现对测试过程的控制，以便获得准确的测试数据。
一般来说，流变仪有几种常见的测试方法，如力和应变控制测试、载荷定位测试、时间和温度变化测试、热传导测试等。
力和应变控制测试可以测量材料的弹性和塑性，载荷定位测试可以测量材料的变形程度，而时间和温度变化测试可以测量材料在不同温度下的变形情况，热传导测试可以测量材料的热传导性能。
流变仪的测量结果可以帮助我们了解材料的性能特征，以便制定适当的测试程序和分析方法，提高分析结果的准确性。
另外，流变仪还可以用来检查破裂、开裂、开缝、剥离等，并能够实现材料的微小变形检测，可以获得准确的测试结果。
综上所述，流变仪的测试原理主要有以下三个方面：首先，流变仪可以测量材料的失效性能和物理性能；其次，它可以测量材料的弹性和塑性；最后，它可以帮助我们了解材料的性能特征，提高分析结果的准确性。
因此，流变仪不仅广泛用于材料科学、机械工程和科学研究，而且在材料分析上也具有重要作用。
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R
R 2
L'
P e0R
或 R
R 2
P-Pent Pexit L'
6.1.3 完全发展区的流场分析
入口压力降的获取方法二：
双毛细管流变仪： 短毛细管的长径比约为0.4 那样短毛细管在毛细管区域的压力降就是 入口压力降。
双毛细管流变仪的结构示意图
6.1.3 完全发展区的流场分析
实验发现：当毛细管的长径 比较小，而剪切速率较大 时，入口校正不可忽视， 否则不能得到可靠的结果。
黏度测量 当内外筒间距很小时（K>0.97），筒间的流场可以近
似为简单剪切运动，其剪切速率可以看出常数，则：
M (1 K ) 2 R2L
若筒间距不是很小时，则：
r
(KR)
Mn
(
1 K
2
)n
1
4 R2L
6.2.2 测量系统的选择
三种不同结构的旋转流变仪，其剪切速率和应力分别如
下：
1）锥板
G Qmax Q Qmax Qmin
6.1.5 出口区的流动行为
挤出胀大现象、出口压力降和不稳定流 动 1）挤出胀大现象：熔体挤出口模后，挤 出物的横截面积比口模截面积大的现象。 也称为巴拉斯效应。一般用挤出胀大比 （B）表示： B=d/D
原因：入口区 毛细管内 弹性回复
测试方法
6.1.5 出口区的流动行为
（5）可以通过调节板间距离，使其适用于共混、填充等 聚合物复合体系；
（6）可以系统研究聚合物熔体的表面和末端效应。 （7）比锥板结构的更易进行精度检查且易清洗。
三、同轴圆筒
是最早用于测量黏度的旋转流变仪； 由两个半径分别为R和KR的内、外筒
组成，K<1；
内筒静止，外筒以角速度Ω 旋转；
适用于中、低黏度均匀流体测量，不 适用于高黏度、糊剂和含有大颗粒 的悬浮液
吉林省泰和试验机有 限公司
可测定高分子材料及 复合材料的加工流动 性能
6.1.1 恒压型毛细管流变仪
熔体流动速率： 测量高分子材料在一定的温度和压力下，熔体每分钟通过规定 的标准口模的质量，单位为g/10min； 具体过程： （1）选定测定温度，使料筒预热，待温度稳定后，往料筒内 装入称好的(约3-4g)试样，压实，待预热6-8min后，加选定负 荷砝（2160g，3.04 g等），切去料头，在规定的时间间隔内 连续切5~10个切段。
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
主要部件是料桶…… 包括
样品 压力传感器 温度传感器 活塞 口模
意大利Ceast公司毛细管流变仪示意图
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
控制活塞速度(相当于控制剪切 速率)
压力与剪切应力相关(测量压力 计算剪切应力).
Viscosity ShearStress ShearRate
6.1.3 完全发展区的流场分析
P Pent Pcap Pexit
入口压力降的获取方法一：
Bagley末端校正的方法来获得熔体的入口 压力降，如右图所示，具体修正方法如下： 为了保持毛细管内压力梯度的准确性，虚 拟地延长毛细管的长度，并把该长度视为 完全发展流动的长度，那么在延长毛细管 长度段的压力降就等价于入口压力降。 那么，管壁上的剪切应力为：
影响挤出胀大的因素 a)剪切速率的影响
在一定范围内，随着 的增大，弹性效应增大； 当 过大 时，连高弹形变都来不及发生了。
b)温度的影响
温度升高，挤出胀大减小。
6.1.5 出口区的流动行为
影响挤出胀大的因素： c)口模长径比(L/D)的影响
d)流道收缩比(DR/D)的影响
6.1.5 出口区的流动行为
0
3M
2 R3
2）平行板
Hale Waihona Puke rh2MR3
3）同轴圆筒
1 K
M
但当毛细管长径比很大时， 一般要求大于40/1，入口 区压力降在总
压力降中所占的比重较小， 此时可近似计算，不作入口 校正。
6.1.3 完全发展区的流场分析
Q p R4
在毛细管挤出流动的测试中，对于牛顿流体来说 8L
所以：
R
=
R
=
R 2
P
L
定义流体在毛细管管壁处表观剪切速率为：
R
R 2
P L
6.1.1 恒压型毛细管流变仪
（2）将各切段用电子分析天平称重，并按下式计算 熔体流动速率值：
MFR W 600 t
其中，MFR：熔体流动速率，g/10min， W：5 个切段样质量的算术平均值，
g， t：每个切段所需时间，s。
对于一定结构的聚合物，MFR 值降低，其分子量较 大，则其断裂强度、硬度等都较大，而MFR值增大，
二、平行板
由两个半径为R、可 旋转的同心圆盘组成， 间距为h，施加一定的 角速度Ω 时，其剪切 速率为：
r
h
r：流体在圆盘上铺展的
半径，0<r≤R
上板旋转
u Force, F
d
黏度的测量
( R )
M
(3 n)
2 R3 R
式中：
M—转矩，可由实验获得；
R
—流体铺展半径为R时的剪切速率；
n —非牛顿指数
d pexit
d w
依6靠.旋2转旋运动转来流产变生简仪单剪切，快速确定材料的黏性、弹性
等各方面的流变性能。 两种类型： （1）应变控制型 1888年Couette提出的，驱动 一个夹具，测量产生的力矩； （2）应力控制型 1912年Searle提出的，施加 一定的力矩，测量产生的旋 转速度。
或生物流体； （3）体系有极好的传热和温度控制； （4）可以忽略末端效应
缺点： （1）剪切速率不能过大，可变化范围很小； （2）含挥发性溶剂的溶液中，溶剂挥发和自由边界会给测
量结果带来不利影响；有时需要进行一定的涂覆惰性物质 处理； （3）多相体系中，分散相粒子的尺寸若和两板间距相近， 则误差很大； （4）一般不用于温度扫描实验。
由于聚合物熔体是非ap牛p 顿4流RQ体3 ，或该流app体在8D毛细管管壁
处的剪切速率可以表示为：
1
3n 4n
app
上式通常被称为Rabinoswitsch校正公式，
6.1.4 入口压力降的典型应用
入口压力降主要反映物料流经入口区时储存弹性形变能 的大小。凝胶化（熔融塑化）程度一般采用示差扫描量 热法（DSC）和零长毛细管流变仪法。凝胶化程度 高的熔体，其弹性性能好， 入口压力降就大。在低温下 塑炼， 物料塑化不好，熔体 弹性小，入口压力降小， 流量就大。
大型塑料制品企业也利用流变仪对在线混配实验进行配方 设计，确定哪一种原料适合加工或应用到什么领域、如何 优化及改进其综合性能，并可以提供按比例放大的过程模 拟。
常用的流变测量仪器的分类：
恒压力毛细管流变仪
恒速率毛细管流变仪
落球黏度计
门尼黏度计
常见流变仪的测试范围：
流变仪 度/Pa.s
剪切速率/s-1
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
物料从直径直大的料筒经挤压通过有一定入口角的人 口区进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生 巨大变化。人口区附近物料有明显的流线收敛现象。 物料在进入毛细管一段距 离之后才能得到充分发展， 成为稳定的直动。而在出 口区附近。由于约束消失， 熔体出现挤出胀大现象， 流线也发生变化。因此， 物料在毛细管中的流动 动可分为三个区域：入口区、 完全发展的流动区和出口区
6.1 毛细管流变仪
核心部位：毛细管 长径比（L/D）=10/1、 20/1、30/1、40/1等； 过程：物料加热、柱塞施 压、物料挤出、测量流变 参数
6.1.3 基本应用 1、研究聚合物的剪切黏度 2、对流动曲线进行时温叠加处理 3、研究聚合物熔体的弹性
6.1.1 恒压型毛细管流变仪
RZY-400型熔体流动速 率测定仪
u Force, F
上板旋转
d
优点：
（1）平行板间的距离可调到很小，减少惯性校正和热效应， 可以在更高的剪切速率下使用；
（2）可以测量流体的第二法向应力差；
（3）可以通过安装光学设备和施加电磁学，进行光流变、 电流变和磁流变等功能测试；
（4）剪切速率随熔体的铺展半径变化，方便研究剪切速率 的独立变化；
与挤出胀大比正相关
6.1.5 出口区的流动行为
出口压力降的测量：
直接法和间接法
B、 、 和
的
关系：pexit N1
N2
Tanner公式：
Han公式N：1 xx yy 2 w 2B6 2 1 2
N1
xx
yy
pexit
2 w
d pexit
d w
N2
yy
zz
w
影响挤出胀大的因素： e)分子量的影响 f)在分平子均量分越子大量，松相弛等时下间，增分加子，量挤分出布胀的大影越响大。 （主要是高分子量影响）
分子量分布越宽，挤出胀大越大。
g)增塑剂的影响
增塑剂的加入，减弱分子间的相互作用，缩短松弛时间， 挤出胀大减少。
6.1.5 出口区的流动行为
2）出口压力降 pexit
必须通过大量的流变实验来获取流变数据，经过分析 规律，掌握变化规律，简历相应关系，才能更好地指 导实践。
按照流动和变形对时间的依赖性分类，可分为： （1）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。 （2）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。 （3）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
6.1.2 恒速型毛细管流变仪
常见设备：
德国Gottfertt公司制造
意大利Ceast公司制造