6流变分析

高分子材料分析
仪器结构、组成 主体部分：电机、齿轮变速箱、 转矩传感器
测量装置：密炼式混合测量头， 螺杆挤出式测量头
控温装置：热电偶、控温仪表
转矩与时间的关系曲线
t1: 物料受热压实时间；t2: 塑化时间（熔融软化）；t3: 达到平衡时间（物料动态稳定）；t4: 物料分解/交联时间；M1: 最小转矩；M2: 最大转矩；M3: 平衡转矩
制定工艺配方和工艺条件;
研究添加剂对原料性能的改善； 研究聚合物耐热及耐减切稳定性； 增塑剂吸收情况的研究； 热固性树脂固化特性的研究。
高分子材料分析 本章要点：
1、粘性流体的分类及各类流体的特征。
2、粘度的单位换算。
3 、研究高聚物流变性能主要有哪几类仪器？各自的特性怎样？
4、转矩流变仪能提供哪些信息，有什么作用？
高分子材料分析
粘度的表示：
: N / m2 : s 1
牛顿型流体
1Pa s 1000mPa s
习惯用泊、厘泊表示：
1Pa s 1000cp 1mPa s 1cp
高分子材料分析
常见物质20℃ 的粘度：
水
1.0cp
血液37℃ 4-15cp
蜂蜜 104 cp 沥青 108 cp


（3）加工温度。可以测定不同温度下的转矩 流变曲线，得到M-T关系曲线。 （4）材料的稳定性。研究分解时间的长短。 （5）可将转矩换算成剪切应力、剪切速率或 粘度，得到流变曲线。
高分子材料分析 转矩流变仪的应用：
选择原材料，可判别材料的热稳定性；
研究共混物的配比以及共混后两相的分布情况；
汽油 0.65cp 水银 15cp

非牛顿流体的粘度？
对于非牛顿流体，一般用表观粘度表示，也 有用初始粘度、稠度等表示。 表观粘度：随剪切应力或剪切速率而改变， 用表观粘度可以大致了解流体在某一剪切速率 下的流动性。 仅仅用一个表观粘度难以描述非牛顿流体 的流动曲线。
高分子材料分析
a
毛细管流变仪应用
•研究流变性质与分子结构的关系 •研究添加剂对原材料流变性能的影响 •聚合物粘弹性的研究 •研究不同材料对温度的敏感性 •剪切诱导结晶与压力突增现象
• 研究流变性质与分子结构的关系
• 研究添加剂对原材料流变性能的影响
P168 图19－4和图19－5

挤出胀大效应
高分子材料分析
高分子材料分析
第六篇 流变性能分析
高分子材料分析
第十四章 流变性能分析
14.1 流变学基础知识 14.2 旋转式流变仪 14.3 毛细管流变仪
14.4 转矩流变仪
14.5 流变仪的选择
高分子材料分析
14.1 流变学基础知识
研究物质的流动与形变的科学。
流变特性：
物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。 即用一些参数把应力(τ)和应变(γ)的关系表示为流
M 应力： 2r 2l
M 1 1 粘度： ( 2 2) 4l Rb Rc
源自文库
高分子材料分析 锥板粘度计—高剪切速率样品 聚合物熔体被放置在锥板和圆形平板之间的缝隙内。锥角θ 指的 是锥体表面和水平板表面间的夹角。
3M 3 2 r0
高分子材料分析 平行平板粘度计—高粘度样品 固定一个平板,另一个平板作 相对转动,聚合物样品被放置 在上下两个平行平板之间。
变方程式。
F
u
du dy
牛顿粘性定律
du dy


剪切速率
高分子材料分析
流体分类:
粘性流体分为：牛顿流体

非牛顿流体：宾汉流体 假塑流体 胀塑流体

屈服－胀塑流体 宾汉流体 E 屈服－假塑流体
胀塑流体
屈 服 应 力
牛顿流体
τ
y
假塑流体
剪切速率

非依时性流体的流动曲线
表观粘度： 连接原点和给定 减切速率在曲线 上的对应点所做 割线的斜率。
d c d
稠度： 选定剪切速率在 曲线上的对应点 对该曲线所做切 线的斜率。
初始粘度： 零切变粘度
0
仪器测试
高分子材料分析
1. 旋转式流变仪器
同轴圆筒粘度计 测定粘度的基本仪器，由两个同轴圆筒组成，在两个圆筒之间装 填被测流体。内筒以一定的速度旋转，测定作用在外筒上的转矩，根 据转矩与转速的关系，测定粘度。
高分子材料分析

幂律定律：
n
lg lg n lg
做 lg lg 曲线，可以求出n n=1, 牛顿流体 非依时性流体，粘度不随时 间变化
n>1，胀塑流体
n<1，假塑流体
高分子材料分析
两类依时性的流变行为： 触变流体——随时间增加，粘度下降； 流凝流体——随时间增加，粘度增大； （震凝体）
高分子材料分析
可得到的信息：
（1）判断可加工性。由于转矩值的大小直接反映了物料的 粘度和消耗的功率，由此可以看出此配方是否具有加工的可能 性。若转矩太大，则在加工中需要消耗许多电力，或在更高温 度下，才能降低转矩，也需耗电，成本提高，这时应考虑改变 配比，下调转矩。
（2）加工时间。热塑性材料：要求t4不能太短，否则还未成 型就已分解、交联。热固性材料：若t4太长，效率太低，需很 长时间才能固化脱模，周期长；若t4太短，物料很快就固化在 螺杆或模具中。
门尼粘度计—橡胶粘度 在一定温度和一定转子转速 下，测定未硫化胶对转子转 动的阻力。
高分子材料分析
旋转式流变仪应用
•表征流体粘度与温度的关系 •通过流变曲线判定流体的类别 •法向应力差的测定
2F N1 2 R
韦森堡效应 爬杆效应
高分子材料分析
2. 毛细管流变仪
熔融指数仪-固定压力型 将高聚物在柱状储料器中加热到一定温度， 使之完全熔融，然后加上一定负荷，使高聚物 从长度很短的毛细管中流出。单位时间流出的 高聚物重量（g数）即为熔融指数-MI。 MI单位：g/10min
3. 转矩流变仪-用于评价高聚物熔体的流动性能
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
熔融指数越大，流动性越好，粘度越低。
测试条件必须一致
MI温度/负荷量
熔融指数高 熔融指数介于 两者之间 熔融指数低 注射成型 吹塑成型 挤出成型
高分子材料分析
可变压力型毛细管流变仪 一般为柱塞式，通过在柱塞上施加一定的压力，使料筒中的高聚 物熔体发生流动。
乌氏粘度计—测定特性粘度
高分子材料分析