孙文彬： 哈克流变仪介绍及其在材料加工表征中的应用
流变仪在锂离子电池中的应用-概述说明以及解释
流变仪在锂离子电池中的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:锂离子电池作为现代电子设备的主要能源供应方式，在无线通信、移动计算和可再生能源等领域得到了广泛的应用和发展。
随着对电池性能要求的不断提高，人们对于电池材料及其结构的研究日益深入。
在这个过程中，流变仪作为一种重要的实验工具，引起了科学家们的广泛关注。
流变仪是一种用来研究物质流动性质的仪器，它可以通过对材料施加外力和测量其变形来分析材料的黏性、弹性和流变行为。
它的应用涵盖了许多领域，如化工、医药、食品等。
近年来，流变仪在锂离子电池研究中的应用也逐渐增多。
本文将重点介绍以流变仪为工具，在锂离子电池材料研究和电池组件制造过程中的应用。
将会分析流变仪的原理、基本参数以及其在锂离子电池领域中的优势和具体应用案例。
通过对流变仪的研究和实践应用，旨在为锂离子电池的进一步优化和提高性能提供理论支持和实验依据。
2.正文:接下来的章节将会重点介绍锂离子电池的背景和发展的，以及流变仪的原理和基本参数。
我们将深入探讨锂离子电池的基本工作原理、常见材料和结构，以及关键技术的发展趋势。
同时，将会介绍流变仪在材料流变性质研究中的基本原理和常见的参数，以帮助读者更好地理解流变仪的工作原理。
3.结论:在最后的章节中，我们将总结流变仪在锂离子电池中的应用优势，并通过具体的应用案例来展示其在锂离子电池研究中的实际应用效果。
我们将会讨论流变仪在材料优化、电化学性能评估和电池组件制造等方面的具体应用，以及流变仪在电池研究中的潜在应用前景。
通过本文的介绍和分析，相信读者对于流变仪在锂离子电池研究中的应用价值和实践意义有了更清晰的了解。
流变仪作为一种强大的实验工具，为锂离子电池的研究和发展提供了有力的支持。
进一步的研究和应用将有助于提高电池性能、延长电池寿命，为未来电池技术的发展做出更大的贡献。
1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨流变仪在锂离子电池中的应用。
首先，在引言部分将对文章进行概述，介绍文章的结构以及阐明研究目的。
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。
Haake
张
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Ｈ ａｅ流变 仪在 聚台物加工 中的应用 ａｋ
５ ７
图 ２是待 开发 新 产 品 的 流 变谱 图。 中前 三组 曲 图
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一 一 一 一
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线为 同一 配方 的三 次 重 复性 试 验 结 果 ， 图 中 曲线 可 从
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ｊ ． ： 二 二二 ： 二 ： 二． ＝ 二 二二 ！ ＝
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２３ 用 挤 出机 模 拟 实 际生 产 过 程 ．
将 挤 出机 同各 种 模具 和后 牵 引 设备 连 接 ． 以挤 可
１－０
（） ａ
出各种型材 ， 从而通 过模拟实际生产过程来确定各 阶 段的加工工艺参数 １ 表 为某种电缆料在三种 不同加 工条件下的工艺参数。
流变性能测试． 为确定产品配方和生产工艺及新产品
的开发 奠定 了基础 。
特性 ， 提供螺杆转速 、 机简温度 、 挤出机背压 、 熔体温度 和压力等重要加工参数及后牵引工艺的有关参数 ， 从
而用 于指 导实际生 产 。
１ 设备 简 介
密炼机的测量单元是大型生产用密炼机的微缩复 制品。 这种流变仪的设计 目的是造成高度湍 流、 高度剪 切， 使聚合物熔体和橡胶 混台物 的多相组分得 以很好 混合 ， 在此 条件下 ． 被剪 切的 物料将 产生 非线 性的粘 弹 性响应。 被测样品抗混合 的阻力与样 品粘度成正比． 转 矩 流 变仪通 过作用 在转 子上 的反作 用扭 矩测得 这种 阻 力， 通常记录扭矩随时间变化的谱图． 同时还可测定熔 体温度。 密炼机试验可评价聚合物的熔融行为、 流动性
哈克转矩流变仪用控制速率粘度计测量流动曲线
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1部分) -- 用控制速率粘度计测量流动曲线流动曲线是表示粘度随剪切速率的变化，我们定义一些典型的现象：1: 粘度同剪切速率无关（牛顿流体）2: 粘度随剪切速率增加而下降（假塑性流体）3: 粘度随剪切速率增加而增加（胀塑性流体）通过测量不同剪切速率下粘度我们将了解物质的行为。
通过测量不同剪切速率下粘度我们可以预测不同条件下样品的行为。
我们可以考虑样品的行为、外观、口感和加工性。
例如我们考虑马达油，我们希望不同剪切条件下有一定的粘度。
马达油有点象牛顿流体。
因此不同转速下油脂化量相同。
仅仅通过看，消费者对于产品就会有不同的感觉。
口香糖看上去必须稠而坚固，但放入口中剪切咀嚼粘度必须低。
加工尤其是泵很多产品，流动曲线可给出很多信息。
如果牛顿流体，那么速度没关系，因为加倍泵速需要加倍力。
如果假塑性流体，提高泵速只需要较少的能量。
如果是胀塑性流体情况则相反。
如果我们知道我们产品的性质，我们就可以用合适能量的泵，从而节能，降低生产成本。
用控制速率粘度计，施加一定剪切速率，测量转子转动需要的力。
Figure 1: 三种不同流动曲线We have to measure at the shear rates that are in our field of interest.我们必须测量实际应用中感兴趣的剪切速率。
Shear rate =d v/d h例如将黄油涂到三明治上，施加的速度约10 cm/s。
涂黄油厚约0.8mm。
对应的剪切速率可以算得：10 cm/s / 0.08 cm。
即剪切速率约125 s-1一些常见剪切速率如下表。
Table 1: application vs. shear rateApplication Shear rate (s-1)沉淀10-6 - 10-4相分离10-6 - 10-4分层，流动10-1 - 101挤出100 - 102点涂101 - 102咀嚼101 - 102泵、搅拌101 - 103涂刷101 - 104喷涂103 - 104测量流动曲线，我们建议剪切速率至少跨两个数量级。
橡胶流变仪数据解释和使用意义
橡胶流变仪数据解释和使用意义1.橡胶硫化测试仪，简称为硫变仪，是指在橡胶硫化过程中连续测定胶料硫化性能的全部变化，并具有较高的测试精度的仪器，生产橡胶制品的厂家可以用它进行橡胶的均匀性、重现性、稳定性的测试。
并且进行橡胶配方设计和检测，目前主要应用于批量生产橡胶硫化特性的检测和管控。
2.分类：2.1根据其有无转子分为：有转子流变仪、无转子流变仪. 2.2有转子流变仪及无转子流变仪的主要区别：2.2.1有转子流变仪测试时试样温度达到稳定所需要时间长；而无转子则较快。
2.2.2有转子的转子与胶料产生的磨擦力也计入胶料剪切模量的数据中，而无转子则避免此摩擦力的影响。
3、硫化曲线3.1实验原理从流变学的观点可以说，迄今为止，各种流变仪所采用的原理本质上是一致的，即模压在模腔内的试样连续的承受恒定的小振幅和低频率的正弦剪切变形，由测力传感器测定剪切应力，以转矩单位表示，即胶料的剪切模量，当试样规格、厚度、振幅角和实验温度一定时，所测定的剪切应力与交联点密度成正比关系，记录下的剪切应力—时间的曲线便是硫化曲线。
3.2.硫化曲线ML——最低转矩，N•m（kgf•cm）MH——到达规定时间之后仍然不出现平坦曲线或最高转矩的硫化曲线，所达到的最高转矩N•m（kgf•cm）TS1——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.1N•m（kgf•cm）时所对应的时间，MINTS2——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.2N•m（kgf•cm）时所对应的时间，MINTC（x）——试样达到某一硫化程度所需要的时间，即试样转矩达到ML+X（MH-ML）时所对应的时间，MIN（注：如X取值0.5，即TC50，X取.9，即TC90）3.4.硫检参数的意义：ML：表示胶料的流动性，ML越低，流动性越好，反之，越差。
MH：表征胶料的胶料的剪切模数、硬度、定伸强度和交联密度，一般MH越低，硬度越低，MH越高，硬度越高。
TS2：表征胶料的操作安全性，TS2越短，表示胶料越容易发生死料，产品在生产时容易产生缺料不良。
流变仪的基本原理及应用
剪切速率
•
d vz
r
dr
流体粘度
•
rz
体积流量
Q 2
R
0 vz rdr
R 0
vz
d
r2
Q vz r2
R 0
R 0
d vz dr
r2
dr
管壁：
R
pR 2 L'
rz
rz
r
r
R
R
r
R
R
rz
r2
R2
2 R
2 rz
dr
R
R
d
rz
r rz
管壁：
•
R
d vz dr
第6章 流变仪的基本原理及应用
第一页
第6章 流变仪的基本原理及应用
高聚物加工成型过程：树脂首先受热逐渐熔融，在外力场作
用下发生混合、变形与流动，然后在成型模具中或经过口模
形成一定的形状。随温度降至Tg或Tm以下，并延续降至室
温，其形态结构逐渐被冻结，制品被固化定型。
—
—熔融-混合-变形-流动-定型
§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。
哈克转矩流变仪振荡流变仪测量触变性
振荡流变仪培训(第4部分) 振荡流变仪测量触变性触变是结构的破坏与恢复。
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。
用发胶是，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，我们来看长径瓶中等番茄酱。
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。
Fig 1: Thixotropic pictures of a emulsion乳液触变照片我们观察乳液结构，首先看到的是水中的油滴。
剪切，油滴形成层。
等足够长的时间，结构又恢复。
照片是用Haake可视流变仪拍的以较好理解触变效应。
用振荡流变仪，我们首先进行低频率和形变测量。
在线性粘弹区测量粘度。
此区测量，结构不是不可逆形变。
因此我们测量到完整结构的粘度。
然后我们测量高剪切下的粘度。
样品的结构将被完全破坏。
最后我们重复第一步条件重测量。
我们观察结构随时间的恢复。
例如，我们测量1 Hz下0.5%形变90秒。
然后我们转入旋转模式，测量1500 s-1 下30秒。
获得的数据做图。
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 - 260Figure 2: Thixotropy curve 触变曲线G’ ----G”----|η*| and η ----曲线第一阶段G’>G”,表明样品有结构和弹性。
哈克转矩流变仪及其应用
１ ３ Ｒ １ ｒ 子 １ ｏ１ 转 １ ｅ １４ Ｓｇ 转 子 １ ｉ １ １ ｍａ
样 品 １ 大扭 矩最 大 ， 品 ２平衡 扭矩 最小 ， 最 样 再结 合 塑化后 挤 出物 的表 观质 量综合 比较可得 出样 品 ２的 熔 融 性能 （ 化性 能 ） 好 。 塑 较
［ ］ 象涛 ． Ａ Ｅ￥ ￣ ｉ ２高 ＨＡ Ｋ ｂ Ｅ变仪 在 聚 氯 乙烯 加 工 配 方 设 计 中 的 应 用 ．
齐 鲁 石 油 化 工 。０ ３ ２０ ． ［ ］ 怀 志． 矩流 变仪在 高分子材 料研 究 中的应用． 油与化 工 ， ３张 转 炼
２ ０ ，１ ：３ ０ ７ （ ）３ ．
参考文献 ：
图 ５ 流 变 图 谱
在 流 变 图谱 （ ５ 中 ， 图 ） Ｌ为 加 料 峰 ， 应 最 大扭 对
矩 值 ， 明物 料完 全 进入 密 炼 室 ； 为最 低扭 矩 ， 表 Ｍ 代 表 最低 融 体 黏 度 ； Ｖ为 转矩 谷 低 ，代 表 Ｐ Ｃ干 混料 Ｖ
开 始熔 融 ； Ｆ为塑 化 峰 ， 表 Ｐ Ｃ完 全 熔融 ， 过 此 代 Ｖ 超 点 后 ，由于 摩擦 生 热 转 矩 开始 下 降 ； Ｓ为稳 定 扭 矩 ， 转 矩 达 到稳 定 值 ； ０为 降解／ 联起 点 ，表 明材 料 开 交
第 ９期
２ ２年 ９月 ０１
中 国 氯 碱
Ｃｈ ｎ ｌ ｒ ｉ ａ Ｃｈ ｏ —Ａｌ ａｉ ｋ ｌ
Ｎｏ９ ．
Ｓ ｐ． ０１ ｅ ， ２ ２
哈克转矩流变仪及其应 用
李海敏 。 霍 燕 （ 天津 渤天化 工有 限责 任公 司， 津 ３ ０ ８ ） 天 ０ ４ ０
孙文彬： 哈克流变仪介绍及其在材料加工表征中的应用
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Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
加工性能的优劣最终产品的质量转矩流变仪以及配套测量附件是将生产设备按照比例关系缩小密炼机挤出机成型口模后牵引机等试验过程和步骤与实际大批量生产相似哈克转矩流变仪系统10哈克转矩流变仪系统研发新的添加剂如稳定剂色母粒填充料润滑剂等在中试生产中研究配方和加工特性在产品质量控制中按照iso9000对购进的材料和出厂的产品进行控制在设计研发新设备时评估生产加工能力在中试生产中确定最佳加工条件谁需要使用转矩流变仪
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Absor bance Units
பைடு நூலகம்
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旋转流变仪MARS 40 60中文版
Thermo ScientificHAAKE MARS 流变仪模块化流变仪工作站探索 MARS新篇章MARS 特点 01面向未来“我们为您提供的产品可以充分满足您目前的要求，而且这些产品无一例外能支持您未来的应用。
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在模块化流变仪工作站（MARS ）的开发过程中，我们主要强调Thermo Scientific™HAAKE™ MARS™ 流变仪平台的以下几大特点：• 面向未来• 准确性• 易用性• 模块化• 针对应用的解决方案2• 丰富的附件• 温度控制模块• 针对应用的测量单元• 测量转子• 开发新型附件适应不断发展的测试要求• 现有 HAAKE MARS 用户均可进行软硬件升级，使其受益于未来技术创新• 与 Thermo Scientific™ HAAKE™ Viscotester™ iQ 流变仪兼容，测试方法可由研发向质控传输面向未来，无限扩展HAAKE MARS 流变仪工作站型号多样，可满足当下和未来各种个性化需求：34HAAKE MARS测量头，性能优化的专利部件第四代专利扩散空气轴承，具有极低惯量，级超低扭矩下的样品测量。
两个径向轴承惯量极小的拖杯式驱动马达一个轴向止推轴承高分辨率角位移测量的光学编码器测量轴上用于快速安装转子的接口MARS 特点 03易用性用户导向设计，将误差降至最低，简化操作流程。
气动转子释放，处理方便。
按下按钮即可移除转子，或作为日常自动化工作的一部分，在固化或交联反应后仅释放转子。
TCP / IP 以太网接口，快速采集数据。
使用 TCP / IP 以太网数据通信接口，每隔2ms实时采集并显示一次数据点，这对于性质变化较快的样品（如UV固化材料）的测量尤其重要。
哈克转矩流变仪PolyLabOS系统
哈克转矩流变仪PolyLabOS系统哈克转矩流变仪PolyLab OS系统产品型号：HAAKE PolyLab OS一、仪器主要配置及特点：1．主机（RheoDrive 7kW）最大功率：7kW最大扭矩：400Nm最高转速：280 rpm2．混合单元（Rheomix 600 OS，配有Roller转子和Banbury 转子）混合腔体积：120 cm3最高温度：400oC最高扭矩：160Nm3．单螺杆挤出单元（Rheomex 252 OS）螺杆直径：19.05mm螺杆长径比：25最大扭矩：160Nm最高温度：450oC最大压力：700bar4．锥形反向双螺杆挤出单元（Rheomex CTW100 OS）螺杆直径：31.8/20mm最高温度：450oC最大扭矩：200Nm最大压力：700bar5、口模圆棒毛细管挤出口模：d=1.5mm，L=10d，20d，30d，40d片材挤出口模：宽度100mm，可调间隙0.2-1.2mm二、仪器主要用途：1、混合流变测量单元用于模拟实际生产条件下高分子材料、添加剂、陶瓷和颜料的混合、复合以及塑化性能，并可得到与实际生产相关的流变图，来描述物料的可加工性能和过程流动状态。
混合单元采用计算机程序控制和电子扭矩过载保护，及一体化的电加热和压缩空气冷却系统。
该混合器的典型应用包括：测定高分子材料在热和剪切作用下的熔融性能和降解反应研究改性剂、稳定剂、润滑剂、颜料等添加剂对高分子熔融粘度的影响PVC干混料的塑化性能和热稳定性实验热固性材料的流动和固化性能实验测定碳黑、填料、润滑剂、促进剂或硫磺等添加剂对橡胶的影响研究弹性体的动态硫化行为2、挤出流变测量单元专门设计用于在“现场条件”下测试少量热塑性高分子材料的塑化和流动特性。
挤出单元配合与应用相关的螺杆，口模和熔体温度传感器、熔体压力传感，可在设定和可重复实验条件下挤出热塑性高分子熔体并对其进行测试。
该挤出系统的典型应用如下：?在挤出过程中进行塑化性能实验，可测出沿机筒的熔体压力和熔体温度，从而得出涉及相应混合或加工条件下的参数测试各种添加剂（稳定剂、抗氧剂、抗紫外线剂、阻燃剂、颜料及填料等）对挤出性能的影响挤出毛细流变测试：配合毛细管流变测试口模可以测试实际加工工艺条件下的流变特性，从而得到在不同的加工温度、剪切速率下的高分子材料熔体粘度及其流动特性。
流变仪的基本原理及应用
1、稳态模式
106
105
104
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
Shear rate [s-1]
HDPE的稳态剪切粘度
42
旋转流变仪
a、稳态速率扫描
稳态速率扫描可以得到材料的粘度和法向应力差与剪切速率的关系。 对于灵敏度很高的流变仪，可以测量到极低剪切速率下的响应，也 就可以得到零剪切粘度。
R2
1
1 2
d ln F
d ln R
35
旋转流变仪
第二法向应力差的测量：
因为锥板结构可以测得第一法向应力差，而平行板结构可以测得第一 法向应力差和第二法向应力差的差，因此从原理上讲，可以分别利用 锥板和平行板结构分别测量的结果来计算第一法向应力差和第二法 向应力差。
1、从锥板的测量结果可得第一法向应力差：
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
熔体指数仪的基本结构与恒速型流变仪类似 不同之处：熔体指数测量仪中柱塞是变速运动
而后者是匀速运动
7
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
8
毛细管流变仪
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。
转矩流变仪在PVC型材生产与质量管理中的应用
转矩流变仪在PVC型材生产与质量管理中的应用
冯伟刚
【期刊名称】《聚氯乙烯》
【年(卷),期】2007(000)008
【摘要】介绍了转矩流变仪与双螺杆挤出机工作原理,分析了二者的对应关系,提出了理想的PVC物料标准流变曲线概念,阐述了转矩流变曲线在PVC型材生产与质量管理中的应用方法.
【总页数】6页(P12-17)
【作者】冯伟刚
【作者单位】哈尔滨中大化学建材有限公司,黑龙江,哈尔滨,150000
【正文语种】中文
【中图分类】TQ325.3
【相关文献】
1.利用转矩流变仪对PVC-U异型材配方的验证 [J], 王里锁;汪源渊;赵振刚
2.哈克转矩流变仪在PVC配方研究中的应用 [J], 李蔷
3.转矩流变仪与差示扫描量热仪联用在研究PVC材料加工性能的应用 [J], 贺盛喜;宋晓玲
4.转矩流变仪在PVC管材生产中的应用 [J], 郝洪波;林云青;张文霖;王成城
5.哈克转矩流变仪在PVC配方优化中的应用 [J], 陈涛
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流变仪的基本原理及应用
6.1 毛细管流变仪
（3）预测聚合物的加工行为，优化复合体系配方、最佳 成型工艺条件和控制产品质量； （4）为高分子加工机械和成型模具的辅助设计提供基本 数据； （5）作为聚合物大分子结构表征和研究的辅助手段。
6.1 毛细管流变仪
分类：恒压型和恒速型两类 区别：恒压型的柱塞前进压力恒定，待测量为物料的挤出 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。
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
三、发展流变本构方程理论 最高级的任务。获得材料黏弹性变化与材料结构参数之间 的内在联系，比较本构方程优劣，推动本构方程理论的发 展。
——需要精密方便的测量方法和测试仪器； ——多功能、多模块的流变计算软件相配套。
流变仪是化工原料供应商、科研院所、高校以及塑料改性 研究和生产企业测定聚合物熔体粘弹性的仪器，根据其输 出的各种数据、曲线和图表等科学信息来估测树脂的加工 性能，为新型材料的开发应用、质量监控、科研及教学提 供科学的研究手段。
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
赛默飞世尔哈克流变仪总样本
模块化转矩流变仪 HAAKE PolyLab QC 新型模块化转矩流变仪 HAAKE Polylab QC 系统可以与兼具互换功能的密炼单元、单 螺杆挤出单元、以及锥形双螺杆挤出单元连接。基于向下兼容的设计理念，甚至连客户现 在已有的 HAAKE 密炼单元与挤出单元亦可与之连接。使用者可以自由地选择台式或落 地式结构以适应其实验室自身的环境要求。系统控制采用 PolySoft 操作软件，该软件基 于大众熟悉且易于上手的 Microsoft Windows 操作平台。USB PC 接口或选配的 LAN 接口既方便数据采集及处理，而且便于采用客户自选的 PC 机来控制。自动化软件和脱机 程序运行更显著节省了测试时间，并提高了测试结果的重现性。
技术规格及主要参数
1. 主机
最大功率：4kW 最大扭矩：300Nm 扭矩精度：0.15% 最高转速：200rpm 转速解析度：0.1rpm
2. 密炼单元
腔体积：120 或 625cm3 腔体材质：不锈钢 DIN1.4301 最高温度：400℃ 最高转速：200rpm 齿轮比：3:2（可选 2:3）
3. 单螺杆挤出单元
技术规格及主要参数
1. 最大功率：400W 2. 转速范围：1-360rpm 3. 最高温度：300°C 4. 最大压力：200bar 5. 腔体体积：7cm3 6. 腔体材质：高性能塑料模具钢（M340） 7. 螺杆结构：锥形同向 / 反向旋转 8. 喂料方式：手动加料
微量注射成型仪 HAAKE MiniJet II 微量注射成型仪 HAAKE MiniJet II 是为少量样品（5-8 克）的注射成型而专门研制开 发的实验室配套设备。它采用垂直设计，方便加料和操作，即可单独使用，也可与微量混 合流变仪 HAAKE MiniLab II 配合使用，制备各种标准的拉伸、冲击等样条用于其他物 理性能测试，其独特的带数字显示功能的液晶控制器可记录存储数据。
流变仪介绍与分类
流变仪介绍与分类发布时间：10-11-04 来源：点击量：1646 字段选择：大中小一、简介用于测定聚合物熔体，聚合物溶液, 悬浮液，乳液、涂料、油墨和食品等流变性质的仪器。
二、分类1.旋转流变仪A：控制应力型: 使用最多，如德国哈克(Haake)RS系列、美国TA的AR系列、英国Malven、奥地利Anton-Paar的MCR系列，都是这一类型的流变仪。
前三家的产品马达采用托杯马达，托杯马达属于异步交流马达，惯量小，特别适合于低粘度的样品测试;Anton-Paar的流变仪采用永磁体直流马达，惯量稍大，但从原理上响应速度快，也是目前应力型流变仪的一种发展方向。
这一类型的流变仪，采用马达带动夹具给样品施加应力，同时用光学解码器测量产生的应变或转速。
控制应力的流变仪由于有较大的操作空间，可以连接更多的功能附件。
B：控制应变型：目前只有美国TA的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。
控制应变的流变仪由于硬件复杂，目前只有几种功能附件可供选择。
2.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;目前日本安田精机生产的半自动毛细管流变仪有轻载荷和重载荷两种类型，此试验机中还配备清扫机构，自动循环进行试验。
这类设备工作原理是，物料在电加热的料桶里被加热熔融，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。
流变仪说明书
流变仪说明书通常包含以下内容：一、产品介绍流变仪是一种能够测量材料流动性和变形行为的仪器，广泛应用于高分子材料、涂料、油墨、化妆品、药品等领域。
流变仪可以测量材料在不同应力下的变形行为，帮助用户了解材料的流动性、粘弹性、弹性等特性，从而为材料的配方设计、工艺改进和产品开发提供科学依据。
二、仪器组成流变仪通常由以下部分组成：1. 主机：包括机架、电机、驱动装置、传感器等。
2. 样品夹具：用于固定样品，确保样品在测量过程中保持稳定。
3. 测量装置：包括测量头、测量杆、测量支架等，用于将样品置于测量头中心，并将样品的变形行为传递给传感器。
4. 控制系统：包括计算机、软件、操作面板等，用于控制流变仪的测量和数据处理。
三、操作步骤1. 开机检查：检查仪器是否正常，确认电源、气源等连接是否正确。
2. 样品准备：根据实验要求准备样品，并将样品放置在样品夹具中。
3. 设置参数：根据实验要求设置流变仪的参数，如测量应力、测量时间等。
4. 开始测量：启动流变仪，开始测量样品的变形行为。
5. 数据处理：通过流变仪自带的软件对测量数据进行处理和分析，得出实验结果。
四、注意事项1. 仪器操作应由经过培训的专业人员进行，确保操作安全和数据准确性。
2. 在测量过程中应保持仪器稳定，避免振动和气流对测量结果的影响。
3. 定期对仪器进行维护和保养，确保仪器的正常运行和使用寿命。
4. 对于测量结果应进行科学分析，避免盲目下结论。
以上是一份基本的流变仪说明书的内容，具体内容可能因不同品牌和型号的流变仪而略有差异。
在使用流变仪时，建议仔细阅读厂家提供的详细说明书，并按照说明书的要求进行操作和维护。
流变仪MARS3中文介绍
• 两个独立的大间距径向空气轴承 分别位于轴的上端和中端，径向 支撑马达转轴。
光学编码器
哈克MARS光学编码器安装在测量头 底部，最大限度地减小马达轴本身柔 量对编码器所产生的影响。
光学编码器的分辨率非常高，达到12 纳弧度，可以完成在超低剪切速率 （<10-6s-1）时的零剪切粘度，或者以 极小应变的振荡方式探测精细样品的 结构。
集成的web服务器，通过密码保护，可进行远程控制 和维护
哈克MARS流变仪有独立的IP地址，因此可以通过互联网或公司内部网访 问内置的web服务器，对流变仪进行远程控制和维护，并且可监控其产 生的测量值。
8
带快速接头的自动对中 紧凑型温度控制模块
温度控制模块优点一览：
• 采用新颖紧凑型设计的即插即用 模块
用于测量低粘度样品的双锥转子
我们提供： • 多种尺寸 • 多种材质 • 不同表面类型
的同心圆筒、平行板/平行板和平行 板/锥板测量转子，以及可抛弃型和 定制的测量转子。
标准测量转子采用钛合金制成，并可 和防挥发罩配合使用，如测量有溶剂 挥发现象的样品。
对于平行板和锥板测量转子，与其对 应的下板采用同样的： • 尺寸 • 材质 • 表面类型
** DE 10 2004 050 753（专利申请中），US 7,181,956
7
重点 03 易用性
设计完善，操作方便， 避免了连接错误
借助快速夹头和快速接头，可方便地互换流变仪的部件，以完成新的测 量任务。设备操作空间大，易于确保加样操作。
带快速接头的标准化部件，可实现即插即用操作
哈克MARS所有应用的相关部件都可以互换。每一个温度控制模块或测 量转子采用了独特的设计，旨在能自动定位和对准的快速互换。用于冷 却介质和电子装置的色码标识和快速接头既简化了安装，又能防止连接 上的错误。
独山子样品测试
105 PI 100 G0.01 c
HAAKE RheoWin 4.30.0009
23500
0.10
1.00 † in rad/s
10.00
23000
HAAKE RheoWin 4.30.0009
100.00
30 31 32
100 1000.00
33 34 † in rad/s 35 36 37 38
不同温度，不同搅拌 速度下浆料的性能会 有不同的变化，从而 可以监控样品在生产 过程中的情况。赛默 飞哈克流变仪可实现 最高4500RPM的转速。
5
流动曲线——粘度
粘度随剪切速率变化 的曲线可表征浆料的 流动能力。
正、负极样品的流动曲线
6
流动曲线——屈服应力
屈服应力的测试可以 评价浆料的沉降稳定 性，泵送性能等等。
2
旋转流变仪在锂电行业相关材料的应用简介
旋转流变仪在锂电池行业有着重要的应用，尤 其是在合浆过程中对于正负极浆料流变性能的
确定及配方、工艺的优化有着重要的指导意义。
例如，可以通过测试正负极浆料的屈服应力来 评价沉降性能；可以通过测试零切粘度来评价 样品的储存及运输稳定性及分散性能；可以通 过测试高剪切速率下的粘度来评价样品的施工 性能及搅拌生产中的性能；可以通过测试样品 触变性来评价其流平性能等。以及对作为隔膜 材料的聚合物类样品进行全面分析表征。或者 使用哈克转矩流变仪进行加工相关研究的测试。
哈克流变仪在锂电行业相关材料流变学应用
锂电池简介
锂电子二次电池是当前最具有前景的电化学能源体系之一，随着新能源汽车的普及， 以及大家对便携式能量存储设备的使用日益增加，由此提出了对锂电池性能不断提高 的要求，比如电池容量，安全性能，使用寿命，对环境影响等，从而引发了对于锂电 池材料开发及电化学性能的研究。新材料的开发、充电/ 放电机制的研究、甚至是电 池生产中对电池材料的质量控制都离不开对电池材料的分析。
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每个流变数据点都对应 一次红外光谱扫描
Absorption Units G', G''/ Pa
Rheonaut实验结果
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0 Time
0
Time/ min 75
8
1.00E+06 1.00E+05 1.00E+04 1.00E+03
Isocyanate Intensity @ 2265 cm1 Urethane Intensity @ 1740 cm-1
绝对测量 流变测量
单螺杆挤出机
双螺杆挤出机 圆棒毛细管测试 狭缝毛细管测试
11
哈克转矩流变仪产品线
HAAKE
HAAKE
MiniLabII
PolyLab OS
微型混合挤出机 转矩流变仪
PRISM
EuroLab 同向旋转平 行双螺杆挤
出机
Process 11
HAAKE
袖珍型同向旋转 PCR 630
平行双螺杆挤出机 在线熔融指数仪
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/083/2b0K0r9istall
Eugene Cook Bingham (1878-1945)
Rheology: rheo (to flow) + logos (science)
2
哈克流变仪介绍
流变仪 --- 新材料研究与开发的必备实验仪器
两条产品线：旋转流变仪、转矩流变仪 旋转流变仪：表征材料的流动形变特性, 研发过程中的理论支持 转矩流变仪：对材料在熔融流动状态下进行加工处理，指导实际生产 各种类型的流变仪贯穿于新材料研制的全过程,提供系列的整体解决方案。
HAAKE CaBER 1
拉伸流变
多种产品组合满足您的质控与研发需要
5
红外流变联用单元 Rheonaut
同步分析材料力学性能与分子结构的变化！！！
6
同步收集流变数据和红外谱图
流变数据 Rheonaut模块
红外吸收光谱
Patented in Germany, USA, Japan
German patent DE 101 40 711 European patent 02762251.3-2209 USA patent US 6.988.393 B2 Japanese patent 4028484
哈克流变仪介绍及其在材料加工表 征中的应用
孙文彬 博士 wenbin.sun@
CAD/MOL-MC
1
流变学概述
研究力的作用下材料流动与变形的学科 1929年成为独立的学科 研究对象主要为流体、半固体及固体 粘度、粘弹性及瞬态响应 石化、聚合物、材料、油漆涂料、食品… 研发、质控、参数优化…
如分子量及分子量分布，加工温度，加工速率及配方调整等
4
哈克旋转流变仪产品线
HAAKE
HAAKE
HAAKE
Viscotester 1/2 Viscotester 6/7 Viscotester 550
HAAKE Series 1
HAAKE RheoStress 6000
相对测试仪器
绝对测试仪器
HAAKE MARS III
1300
1200
1100
1000
900
800
Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
3
哈克旋转流变仪的应用领域
石油化工：研究油田各工作流程及工作液的应用性能，如钻井、压裂，原油 开采及储运
油漆涂料：帮助用户进行研发、质控及产品性能的表征，比如垂挂性能、流 平性能、储存运输稳定性等
食品化妆品：指导配方、确定保质期、提高用户满意度 聚合物材料：表征材料的基本参数、流动及使用性能，指导相关加工参数，
1300
1200
1100
1000
900
800
Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
• 用新的配方研发聚合物合金
• 研发新的添加剂, 如稳定剂, 色母粒, 填充料,润滑剂等
• 在中试生产中 确定最佳加工条件
• 在中试生产中, 研究配方和加工特性
• 在产品质量控制中, 按照ISO 9000 对购进的材料和出厂的 产品进行控制
10
转矩流变仪测试内容
转矩流变仪系统
相对测量
密炼测试
挤出测试
7
Absor bance Units
…
1.5
1.5
1.5
1.5
1.0
Absor bance Units
1.0
Absor bance Units
1.0
Absor bance Units
1.0
0.5
0.5
0.5
0.5
0.0
0.0
0.0
0.0
1300
1200
11001000Fra bibliotek900
800
Wavenumber cm-1
• 可流动性 (物料的粘度) 将影响: 加工性能的优劣 最终产品的质量
• 转矩流变仪以及配套测量附件是将生产设备 按照比例关系缩小 (密炼机, 挤出机, 成型口模, 后牵引机等)
• 试验过程和步骤与实际大批量生产相似
9
哈克转矩流变仪系统
谁需要使用转矩流变仪?
• 材料应用:
• 加工应用
• 用少量的样品研发新型的聚合物材料 • 在设计研发新设备时 评估生产加工能力
聚合物加工与在线测试产品的市场领导者
12
哈克在中国
……
13
哈克在中国
14
Thank You for You Attention!
Any Questions? 800-810-5118 400-650-5118 info.mc.china@
15
1300
1200
1100
1000
900
800
Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
Amide II Intensity @ 1520 cm-1
G'
G''
1.00E+02 1.00E+01 1.00E+00 1.00E-01
储能模量随氨基的 增加而增大
游离态氨脂含量减少 时反应速度变慢
1.00E-02
1.00E-03
175
哈克转矩流变仪系统
为什么使用转矩流变仪?
• 聚合物材料是在熔融流动状态下进行加工处理: (例如: 挤出, 注塑成型)