[练习]用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线
高分子物理---第九章-聚合物的粘性流动
(5) 熔体结构的影响
当分子量相同时， 当T在160~200℃时，η乳液PVC<η悬浮PVC 当T>200℃时， η乳液PVC≈η悬浮PVC 此时，乳液法PVC中颗粒已完全消失，因而
粘度差别不大。
影响熔体粘度的因素
9.1.6 高聚物流体流动中的弹性表现
②高聚物在模孔内流动时，由于切应力的作用，产生法 向应力效应，由法向应力差所产生的弹性形变在出口模 后回复，因而挤出物直径涨大。
三 、不稳定流动—熔体破裂(melt fracture)现象
所谓熔体破裂现象是高聚物熔体 在挤出时，如果剪切速度过大， 超过某一极限值时，从口模出来 的挤出物不再是平滑的，会出现 表面粗糙、起伏不平、螺旋皱纹、 挤出物扭曲甚至破碎等现象，也 称为不稳定流动。
实际中应避免不稳定流动。
四、 影响高聚物熔体弹性的因素 1.剪切速率：随剪切速率增大，熔体弹性效应增大。
* * 0 ei 0 (cos i sin ) 0 sin i20 cos i
* i0
i0
0
i
B
2.温度：温度↑，大分子松弛时间τ变短，高聚物熔体弹 性↓。
3.分子量及分子量分布
2F2B
表示改性情况
表示密度范围 1.ρ<0.922 2.=0.923~0.946
MFR=2
用途 Film
门尼粘度（Mooney Viscosity）
测定橡胶半成品或生胶的粘度大小的一种方法。门尼粘
度通常是在 100℃和一定的转子转速（2 r/min），测定
橡胶的阻力。
表示方法
ML
100 1+4
50
定为, 称牛顿极限粘度, 又类似牛顿流体行为。
流变性能实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在研究不同条件下聚合物材料的流变性能，包括剪切粘度、剪切速率、离模膨胀效应等，以期为聚合物材料的加工和应用提供理论依据。
二、实验原理流变学是研究物质在外力作用下流动和变形的学科。
聚合物材料在加工过程中，如注塑、挤出等，会受到剪切应力、剪切速率和温度等外界因素的影响，从而表现出不同的流变性能。
本实验通过改变实验条件，研究聚合物材料的流变性能，并分析其影响因素。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等聚合物材料。
2. 实验仪器：流变仪、温度控制器、剪切速率控制器、电子天平、烘箱等。
四、实验方法1. 样品制备：将聚合物材料分别加热至熔融状态，然后倒入模具中，制成一定厚度的样品。
2. 实验步骤：（1）将样品放入流变仪的样品盒中，设置实验温度和剪切速率。
（2）启动流变仪，记录剪切应力、剪切速率、温度等数据。
（3）分析数据，研究聚合物材料的流变性能。
五、实验结果与分析1. 剪切粘度与剪切速率的关系实验结果表明，不同聚合物材料的剪切粘度随剪切速率的变化规律不同。
对于PE、PP等聚合物材料，剪切粘度随剪切速率的增加而降低，表现出剪切变稀现象；而对于PVC等聚合物材料，剪切粘度随剪切速率的增加而增加，表现出剪切变稠现象。
2. 离模膨胀效应实验结果表明，聚合物材料的离模膨胀效应与其分子结构和加工条件密切相关。
在相同条件下，PE、PP等聚合物材料的离模膨胀效应较小，而PVC等聚合物材料的离模膨胀效应较大。
3. 温度对流变性能的影响实验结果表明，温度对聚合物材料的流变性能有显著影响。
随着温度的升高，聚合物材料的剪切粘度降低，离模膨胀效应增大。
六、结论1. 不同聚合物材料的流变性能与其分子结构和加工条件密切相关。
2. 剪切速率、温度等因素对聚合物材料的流变性能有显著影响。
3. 了解聚合物材料的流变性能有助于优化加工工艺，提高产品质量。
七、实验注意事项1. 实验过程中应注意安全操作，避免发生意外事故。
旋转流变仪在聚乙烯表征中的应用
齐鲁石油化工,2020,48(4)：316-319QILU PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 分析与测试旋转流变仪在聚乙烯表征中的应用张宁1,张爱娟2,张博1（1.中国石化齐鲁分公司研究院，山东淄博255400；2山东理工大学材料学院，山东淄博255049）摘要:介绍旋转流变仪的测试原理、测试方法以及在聚乙烯流变行为测试中的应用，主要是对聚乙烯的黏弹特性、流变行为进行表征。
使用旋转流变仪分析4种聚乙烯管材料的流变性能、相对分子质量及其分布方面的差异,并对加工性能进行比较。
结果表明：相对分子质量由大到小依次为PE-4、PE-3、PE-2、PE-1,与凝胶渗透色谱法测得的相对分子质量趋势一致;PE-1和PE-2的分子量分布较窄,PE-3和PE-4的分子量分布较宽;PE-4对剪切速率最敏感，剪切黏度随剪切速率升高降幅最大。
关键词:旋转流变;储能模量;损耗模量;相对分子质量中图分类号:TQ320.73文献标识码:B文章编号:1009-9859（2020）04-0316-04流变测试是研究材料在外力作用下流动与变形的技术，是观察材料内部结构的窗口。
聚合物材料在熔融状态下受到外部激励而表现出不同的流变性能，如熔融性、流动性、热稳定性以及剪切稳定性等，这不仅与聚合物的相对分子质量大小、分子量分布、助剂有关,还与生产工艺条件和过程参数密切相关。
大多数聚合物材料兼具黏性和弹性（黏弹性），使用旋转流变仪测试聚合物的流变行为，可得到黏度、储能模量、损耗模量及损耗因子等参数，以便进一步分析材料的相对分子质量、分子量分布等结构信息,不仅可为聚合物产品质量控制提供重要依据,还可为产品加工、改性和开发提供技术指导。
旋转流变测试是通过一对夹具的相对运动使样品产生流动和变形，进而表征样品黏弹性的测试方法。
根据应力或应变施加方式的不同，旋转流变测试模式可分为稳态流变测试和动态流变测试⑴。
稳态流变又叫静态流变，是在一定的应力或应变下的稳态剪切测试;动态流变是在周期性应力或应变条件下的振荡剪切测试。
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。
rva粘度曲线
rva粘度曲线RVA粘度曲线是一种用于描述粘度随时间变化的曲线，通常用于分析高分子材料的流变性能。
这种曲线可以反映高分子材料在不同温度和剪切速率下的流动性，对于研究高分子材料的加工性能和力学性能具有重要意义。
RVA粘度曲线通常是在旋转流变仪（Rheometer）上测定的。
在测试过程中，样品被放置在转子与定子之间，并在设定的温度和剪切速率下旋转。
随着时间的推移，样品的粘度会发生变化，从而影响转子的运动。
通过测量转子的运动状态，可以获得粘度随时间变化的数据，进一步绘制出RVA粘度曲线。
RVA粘度曲线通常具有以下特征：1.上升阶段：在开始阶段，粘度随时间逐渐上升。
这是由于高分子材料在受到剪切应力时，分子链开始逐渐取向和排列，导致粘度增加。
2.平台阶段：在一段时间后，粘度会进入一个相对平稳的平台期。
这是因为在高分子材料中，分子链已经充分取向和排列，不再发生显著变化。
3.下降阶段：随着时间的推移，高分子材料可能会发生结构破坏或解聚反应，导致粘度下降。
特别是在高温或高剪切速率下，材料可能会发生流动疲劳或降解，导致粘度降低。
RVA粘度曲线可以用于评估高分子材料的加工性能和力学性能。
例如，通过比较不同温度下的粘度曲线，可以评估高分子材料的热稳定性。
同时，通过分析粘度随时间变化的过程，可以研究高分子材料的流变行为和结构变化。
此外，RVA粘度曲线还可以用于研究高分子材料的生产工艺和配方优化。
总之，RVA粘度曲线是一种重要的分析工具，可以用于研究高分子材料的流变性能和结构变化。
通过分析粘度随时间变化的过程，可以评估高分子材料的加工性能和力学性能，为高分子材料的研究、生产和应用提供重要参考。
聚合物流变性能测试
聚合物流变性能测试-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII聚合物流变性能测试一、实验目的1、熟悉和了解RHEOGRAPH25型流变仪的工作原理及操作方法。
2、掌握将计算机输出流动曲线（σ-γ曲线）转换为其他形式流动曲线（lg σ-lgγ）、（lgη-lgγ）的方法。
3、掌握非牛顿指数n的计算方法。
4、掌握利用Arrhenius方程计算粘流活化能Eη的方法。
二、RHEOGRAPH25型流变仪工作原理毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率γ：10-2～105s-1 )。
毛细管流变仪测试聚合物流变性能基本原理：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可收缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力σ和剪切速率γ与压力、熔体流率的关系。
仪器通过自身软件计算出高聚物的表观粘度，并得到相应的剪切速率和剪切应力，表观粘度的关系曲线图。
三、实验仪器及材料仪器：德国高特福RH25型毛细管流变仪、毛细管口模，长径比30：1，5：0.5，5：0.3；、活塞、转矩扳手、耐温润滑油、耐温手套、纯棉清洁布。
原料：PE、PP四、实验内容测定聚乙烯、聚丙烯树脂不同温度下流变性能，具体如下第一组：PE，170℃，175℃，180℃，185℃。
第二组：PE，185℃，190℃，195℃，200℃。
第三组：PP，190℃，195℃，200℃，205℃。
第四组：PP，205℃，210℃，215℃，220℃。
五、操作步骤1、开机打开仪器，电脑，等候约一分钟，待初始化结束后，显示屏出现“Refere nce drive”；2) 点击“Reference drive”进入操作界面。
用旋转流变仪表征聚合物无机填料体系相容性
聚丙烯主要用于生产编织制品、注塑制品、薄膜和丙纶等，PP市场发展的动力主要源于PP的高性价比。随着工艺的改进和新型催化剂的开发，市场上出现了许多PP新品种。与传统PP相比，它们在抗冲击、剐性、透明性、光泽、阻隔性能等方面具有优势，不仅在传统PP应用领域发挥作用，并且向其它应用领域渗透，被广泛应用于包装、汽车、家电和建筑等产业。目前，某些牌号和改性品种的性能己达到或超过某些工程塑料的基本要求，具有替代或部分替代工程塑料的巨大潜力，并向着高功能化、高性能化、节能化和经济化的方向发展。因此，聚丙烯产业的发展目标就是通过技术革新，不断获得具备高性能的新品种聚丙烯产品。
事实上，长时区域一般难以有实验直接达到，但可以通过粘弹函数的时-温叠加实现。时-温叠加一直被广泛用于均聚物体系。对多组分聚合物体系，T.Masuda认为，在高频区域，时-温叠加能普遍适用于某些多相/多组分聚合物体系，但在低频区域则不适用。通过考察在低频区域时-温叠加是否适用（时-温叠加可适性），可以获得许多关于共混物相分离的有价值的线索。然而，R.H.Colbyd的研究却发现少数多相/多组分聚合物体系的不同形态结构呈现特征流变响应，同时也说明多组分聚合物体系由于其组成与流变学本身的复杂性，距得到一种统一的理论还为时过早。换言之，有关这方面的研究尚处在定性阶段。
从上世纪末开始，中国PP产品结构逐步向国际消费结构靠拢，PP产品广泛应用于包装、电子和电器、汽车、纤维、建筑管材等领域。在编织制品市场上，国产料占据主导地位，进口料生产的塑料编织袋大多用于出口，尽管该领域的绝对消费数量很大，但占PP总消费量的比例却在逐年减少；与此同时，在PP衍生产品中，纤维及注塑制品的消费量异军突起，以两位数的速度逐年增长，在纤维制品市场中，生产中低档产品绝大部分采用国产料，生产高档丙纶制品的细旦、超细旦、薄型无纺布、强力丝等所需原料则主要依赖进口。
06 第六章 转矩流变仪
转矩流变仪是一种多功能、 积木式流变测量仪， 通过记录物料在混合过程中对转子或螺 杆产生的反扭矩以及温度随时间的变化， 可研究物料在加工过程中的分散性能、 流动行为及 结构变化(交联、热稳定性等)，同时也可作为生产质量控制的有效手段。由于转矩流变仪与 实际生产设备(密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机等)结构类似，且物料用量少，所以可 在实验室中模拟混炼、挤出等工艺过程，特别适宜于生产配方和工艺条件的优选。 转矩流变仪的基本结构可分为三部分： 微机控制系统， 用于实验参数的设置及实验结果 的显示；机电驱动系统，用于控制实验温度、转子速度、压力，并可记录温度、压力和转矩 随时间的变化；可更换的实验部件，一般根据需要配备密闭式混合器或螺杆挤出器。 密闭式混合器(图 6-1)相当于一个小型的密炼机，由一个“∞”字型的可拆卸混合室和 一对以不同转速、相向旋转的转子组成。在混合室内，转子相向旋转，对物料施加剪切，使 物料在混合室内被强制混合；两个转子的速度不同，在其间隙中发生分散性混合。
∆E -1 T + n ln N R
(6-3)
显然，根据系统自动记录的转矩 M、温度 T 和转速 N，利用多元回归分析可得到∆E 和 n、 K′。但困难在于常数 K、C1、C2 无法确定。 6-2.2 温度补偿转矩 物料在混炼过程中，由于摩擦生热导致物料温度随时间延长而升高。对高聚物而言，其 粘度随温度的升高而降低，导致转矩下降。因此，应当对温度效应进行补偿。通常可采用 Arrhenuius 公式获得温度补偿转矩：
转速 N 为常量，因此上式两边积分可得
EM =
(6-9)
其中 MT 为总转矩，可由系统自动积分得到。 定义比机械能为机械能与物料重量的比值：
ES =
高分子化学与物理(高分子的热运动、力学状态及其转变)-试卷1
高分子化学与物理（高分子的热运动、力学状态及其转变）-试卷1(总分：78.00，做题时间：90分钟)一、名词解释题(总题数：15，分数：30.00)1.玻璃化转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：玻璃化转变：玻璃态和高弹态之间的转变。
)解析：2.黏流转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：黏流转变：高弹态和黏流态之间的转变。
)解析：3.次级转变；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：次级转变：在玻璃化温度下与小尺寸运动单元的运动所对应的松弛转变。
)解析：4.结晶熔融；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：结晶熔融：熔融是物质从结晶状态变为液态的过程。
熔融是结晶的逆过程。
)解析：5.平衡熔点；（分数：2.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(正确答案：平衡熔点：在平衡熔点，晶相和非晶相达到热力学平衡，自由能变化△G=0。
应用毛细管流变仪测定聚合物的流动曲线
应用毛细管流变仪测定聚合物的流动曲线常用的流变测量仪器可分以下几种类型。
毛细管流变仪主要用于高聚物材料熔体流变行为的测试。
根据测量原理不同又可分为恒速型（测压力）和恒压力型（测流速）两种。
通常的高压毛细管流变仪多为恒速型；塑料工业中常用的熔融指数仪属恒压力型毛细管流变仪的一种。
转子型流变仪根据转子几何构造的不同又分为锥一板型、平行板型（板—板型）、同轴圆筒型等。
橡胶工业中常用的门尼粘度计可归为一种改造的转子型流变仪。
混炼机型转矩流变仪实际上是一种组合式转矩测量仪。
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。
优点在于其测量过程与实际加工过程相仿，测量结果更具工程意义。
毛细管流变仪为目前发展得最成熟，典型的流变测量仪。
其主要优点在于操作简单，测量准确，测量范围广阔（∙γ：10-2s-1～104s-1）。
使用毛细管流变仪不仅能测量物料的剪切粘度，还可通过对挤出行为的研究，讨论物料的弹性行为。
毛细管流变仪的基本构造如图1所示。
其核心部分为一套精致的毛细管，具有不同的长径比L/D。
料筒周围为恒温加热套，内有电热丝；料筒内物料的上部为液压驱动的柱塞。
物料经加热变为熔体后，在柱塞高压作用下，强迫从毛细管挤出，由此测量物料的粘弹性。
此外，仪器还配有高档的调速机构，测力机构，控温机构，自动记录和数据处理系统，有定型的或自行设计的计算机控制、运算和绘图软件，操作运用十分便捷。
1-crosshead，2-guid rods，3-pressure transducer covers,4-trip reset button, 5-control buttons,6-emergency stop button,7-tray,8-force transducer,9-barrel,10-bores, 11-pistons,12-piston retention collar,13- pressure transducer图1 毛细管流变仪RH-2000主机一实验目的了解毛细管流变仪的结构和适用范围。
流变性能测试
固体扭摆
低黏到高黏流体
水
低黏到高黏流体 低黏流体到软固体
最新编辑ppt
固体
钢
18
同轴圆筒
当内、外筒间隙很小时，同轴圆筒间产生 的流动可以近似为简单剪切流动，因此， 同轴圆筒是测量中、低黏度均匀流体黏度 的最佳选择，但它不适用于聚合物熔体、 糊剂和含有大颗粒的悬浮液。
最新编辑ppt
19
锥板
锥板是黏弹性流体流变学测量中使用最多 的夹具，其优点主要在于剪切速率没有径 向依赖，即整个测试流场内恒定。
测量流变性能的仪器有毛细管流变仪、旋 转流变仪和拉伸流变仪等。
最新编辑ppt
9
旋转流变测量原理之简单剪切
简单剪切变形—测黏流动
在两个无限大的平行板之间充满液体，其中一 板固定，另一板平行移动，流体在曳引作用下 流动
/
最新编辑ppt
10
旋转流变测量原理之小振幅振荡剪切
一板固定，另一板来回运动，两板间的流 体发生振荡剪切变形。
最新编辑ppt
4
爬杆与Weissenberg效应
最新编辑ppt
5
挤出胀大与Barus效应
最新编辑ppt
6
无管虹吸
最新编辑ppt
7
流变学—研究物质流动和变形 的科学
“万物皆流，万物皆变。” “The mountains flowed before the
Lord.”
最新编辑ppt
8
测量流变性能的仪器
实时形变
t0si n t)(
应变振幅 0 a/b
最新编辑ppt
11
小振幅振荡剪切的数学处理
对材料施加一个正弦形变刺激
(t)0si n t
其中式中 0 为振幅， 为频率
流变学实验流变仪测动态粘度
流变学实验－-流变仪测动态粘度————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ聚合物熔体动态粘度的测试胡圣飞编一实验目的1．了解旋转流变仪的基本结构、工作原理。
２．掌握采用旋转流变仪测量聚合物的动态粘度的方法。
二实验仪器TA旋转流变仪（型号:DHＲ－２）、强制空气加热炉(ＥＴC)、空气压缩机、循环泵槽铜铲、铜刷三实验材料高密度聚乙烯圆片（直径2.５mm,厚度１-2mm)四实验原理聚合物受外力作用时，会发生流动与变形,产生内应力。
流变学所研究的就是流动、变形与应力间的关系。
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。
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运动来产生流动的。
引入流动的方法有两种:一种是驱动一个夹具,测量产生的力矩,这种方法最早是由Couettｅ在1888年提出的,也称为应变控制型,即控制施加的应变,测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度,它是由Seaｒle于1９１2年提出的，也称为应力控制型，即控制世界的应力,测量产生的应变。
实际用于粘度等流变性能测量的几何结构有同轴圆筒（Coueｔte)(见图１)、锥板(见图2)和平行板(见图３）等。
本实验主要介绍平行板结构的基本工作原理。
图错误!未定义书签。
同轴圆筒结构示意图图2 锥板结构示意图图3 平行板结构示意图平行板主要用来测量熔体流变性能。
平行板主要的优点在于（Coｌlyeｒeｔal. 1９８8，Mａcoｓko1994)：①平行板间的距离可以调节到很小。
小的间距抑制了二次流动,减少了惯性矫正，并通过更好的传热减少了热效应。
综合这些因素使得平行板结构可以在更高的剪切速率下使用。
②平行板结构可以更方便地安装光学设备和施加电磁场。
③在一些研究中，剪切速率是一个重要的独立变量。
用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线
［练习］用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线一、实验目的［1］学会使用LVDVJII流变仪。
［2］记录恒温条件下，不同转子转速下，流体的黏度值、扭矩百分值、剪切应力及剪切率等，并绘制流体的流动曲线。
［3］求出流动幕律指数n和稠度系数K,并根据流动幕律指数n判定所测流体性质。
二、实验原理按照流体力学的观点，流体可分为理想流体和实际流体两大类。
理想流体在流动时无阻力,故称为非粘性流体。
实际流体流动时有阻力，即内摩擦力（或剪切应力），故又称为粘性流体。
根据作用于流体上的剪切应力与产生的剪切速率之间的关系，粘性流体又分为牛顿流体和非牛顿流体。
研究流体的流动特性，对聚合物的加工工艺方面具有很强的指导意义。
取相距为dy的两薄层流体，下层静止，上层有一剪切力F,使其产生一速度duo由于流体间有内摩擦力影响，使下层流体的流速比紧贴的上一层流体的流速稍慢一些，至静止面处流体的速度为零，其流速变化呈线性。
这样，在运动和静止面之间形成一速度梯度du,dy ,也称之为剪切速率。
在稳态下，施于运动面上的力F,必然与流体内因粘性而产生的内摩擦力相平衡，据牛顿粘性定律，施于运动面上的剪切应力（7与速度梯度du5dy成正比，即: （T =F/A=n du,dy= nY式中：n,粘度系数，又称为粘度；du,dy5剪切速率，用丫表示，以剪切应力对剪切速率做图，所得的图形称为剪切流动曲线，简称流动曲线。
(1) 牛顿流体的流动曲线是通过坐标原点的一直线。
其斜率即为粘度，即牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系完全服从于牛顿粘性定律:n=c, Y,水、酒精、醇类、酯类、油类等均属于牛顿流体。
(2) 凡是流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标轴原点的流体，都称之为非牛顿流体。
此时粘度随剪切速率的改变而改变，这时将粘度称为表观粘度，用n表示。
聚合物浓溶液、熔融体、悬浮体、浆状液等大多属于此类。
聚合物a流体多数属于非牛顿流体，它们与牛顿流体的确有不同的流动特性，两者的动量传递特性也有所差别。
不同溶剂对聚乙烯醇溶液体系流变行为的影响
研究与开发合成纤维工业,2024,47(2):37CHINA㊀SYNTHETIC㊀FIBER㊀INDUSTRY㊀㊀收稿日期:2023-12-25;修改稿收到日期:2024-02-12㊂作者简介:黎园(1968 ),工程硕士,高级工程师,研究方向为天然气化工㊁精细化工及新材料㊂E-mail:liy.swnl@㊂不同溶剂对聚乙烯醇溶液体系流变行为的影响黎㊀园1,张素眉2,陈金耀2(1.中国石化集团重庆川维化工有限公司,重庆401254;2.四川大学高分子研究所,高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065)摘㊀要:分别以水和二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,采用旋转流变仪测试了不同聚乙烯醇(PVA)含量的PVA水溶液和PVA /DMSO 溶液体系的流变行为,研究了PVA 含量㊁温度及溶剂对高聚合度㊁高醇解度PVA 溶液体系流变性能的影响㊂结果表明:随着剪切速率的增加,PVA 水溶液和PVA /DMSO 溶液的表观黏度(ηa )下降,呈现假塑性流体的行为;随着PVA 含量的增加,PVA 水溶液和PVA /DMSO 溶液的ηa 急剧增加,体系的储能模量(G ᶄ)和损耗模量(G ᵡ)也随之增大,两种溶液体系的黏弹性行为增强;与PVA 水溶液体系相比,PVA 在DMSO 中的溶解度更高,PVA 分子流体力学体积更大;在相同的PVA 含量下,PVA /DMSO 溶液体系的ηa ㊁Gᶄ和Gᵡ均高于PVA 水溶液体系;升高温度可促使PVA 链段运动能力增强,抵消一部分剪切作用对PVA 溶液体系流变性能的影响㊂关键词:聚乙烯醇㊀二甲基亚砜㊀溶液体系㊀流变行为中图分类号:TQ342+.4㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1001-0041(2024)02-0037-08㊀㊀聚乙烯醇(PVA)是一种应用领域十分广泛的水溶性聚合物,具有很好的粘接性㊁成纤性㊁成膜性㊁生物相容性和生物降解性等[1-6]㊂随着人们对环境保护的重视程度增加,PVA 这一特性使得其在高分子材料中极具应用价值㊂但是PVA 制品很难采用传统的热塑加工方法进行成型,主要还是采用溶液加工成型的方式,如通过溶液纺丝制备纤维,以及以溶液流延法制备PVA 薄膜等[7-10]㊂因此,研究PVA 溶液的流变行为对PVA 制品的成型加工及制品的物理性能有着非常重要的意义㊂PVA 溶液不同于其他一般的高分子溶液的性质,PVA 分子链内和分子链间的氢键作用及与溶剂间的相互作用力极大的影响了PVA 分子构象和溶液的流变性能[1,11-14]㊂作者分别以水和二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,基于不同PVA 含量的PVA 溶液体系,采用旋转流变仪研究了温度㊁溶剂化作用对高聚合度㊁高醇解度的PVA 溶液体系流变性能的影响㊂1㊀实验1.1㊀主要原料PVA:牌号2099,分析纯,中国石化集团重庆川维化工有限公司产;DMSO:分析纯,成都市科龙化工试剂厂产;去离子水:自制㊂1.2㊀仪器与设备BS224S 电子天平:德国Sartouius AG 公司制;85-1A 磁力搅拌器:郑州汇成科工贸有限公司制;DF-101S 恒温油浴锅:邦西仪器科技(上海)有限公司制;MCR302旋转流变仪:奥地利Anton Paar 公司制㊂1.3㊀试样制备(1)PVA 水溶液配制称取一定量的PVA 粉末加入去离子水中,在95ħ的油浴锅中搅拌溶解4h,在室温条件下将PVA 水溶液静置消泡,得到一系列完全溶解PVA 水溶液㊂配制的PVA 质量分数为5%㊁7%㊁10%㊁12%㊁15%㊁20%㊁25%的PVA 水溶液试样分别标记为1#㊁2#㊁3#㊁4#㊁5#㊁6#㊁7#㊂(2)PVA /DMSO 溶液配制称取一定量的PVA 粉末加入分析纯DMSO溶剂中,在90ħ的油浴锅中搅拌3~4h,静置消泡后得到完全溶解的PVA /DMSO 溶液㊂配制的PVA 质量分数为5%㊁8%㊁10%㊁14%㊁17%㊁20%的PVA /DMSO 溶液试样分别标记为8#㊁9#㊁10#㊁11#㊁12#㊁13#㊂1.4㊀流变性能测试使用MCR302型旋转流变仪对不同PVA含量的PVA水溶液试样及PVA/DMSO溶液试样的稳态流变㊁动态流变性能进行测试,测试时选用25mm平板转子,平行板间隙为1mm㊂另外,对PVA水溶液还进行了温度扫描测试㊂(1)稳态流变测试在室温下测试不同PVA含量的PVA水溶液试样㊁PVA/DMSO溶液试样的稳态流变行为,以及PVA水溶液试样在不同温度(60ħ㊁70ħ㊁80ħ㊁90ħ)下的流动曲线,剪切速率(̇γ)为0.1~1000s-1㊂(2)动态流变测试在室温下测试不同PVA含量的PVA水溶液试样㊁PVA/DMSO溶液试样的动态流变行为,应变水平由应变扫描测试确定,所有测量均在线性黏弹性区域内进行,应变设为1%,角频率(ω)为0.1~100rad/s㊂(3)温度扫描测试考察不同PVA含量的PVA水溶液试样的黏度随温度的变化规律,温度设定为35~90ħ,̇γ设定为10s-1,在温度扫描过程中将石蜡滴在试样周围,以避免水分蒸发㊂2㊀结果与讨论2.1㊀PVA含量对PVA水溶液稳态流变行为的影响㊀㊀从图1可以看出:随着PVA含量的增加, PVA水溶液试样的表观黏度(ηa)随之增加,这是因为PVA含量的增加使得PVA水溶液的氢键密度增大,大分子链间的距离减小,分子链缠结点增多,所以ηa急剧增加;不同PVA含量的PVA水溶液试样均呈现出剪切变稀行为,但是PVA质量分数不超过10%的PVA水溶液试样的ηa随̇γ增大变化不明显,而PVA质量分数为12%㊁15%的PVA水溶液试样在̇γ超过42s-1后可以观察到ηa明显降低,PVA质量分数为20%的PVA水溶液试样在̇γ超过10s-1后可以观察到ηa明显降低,这是因为在剪切作用下,随着̇γ增大,PVA分子会从之前稳定的结构中解缠结和滑移,沿着流动方向进行取向,从而使得PVA分子间作用力减弱,流体结构发生变化,流动阻力变小,所以ηa 降低㊂图1㊀25ħ下PVA水溶液试样的ηa随̇γ的变化曲线Fig.1㊀Plots ofηa versuṡγfor PVA aqueoussolution samples at25ħʏ 1#试样;Ә 2#试样;һ 3#试样;▼ 4#试样;Ң 5#试样;◀ 6#试样2.2㊀PVA含量对PVA水溶液动态流变行为的影响㊀㊀从图2室温下PVA水溶液试样的复数黏度(η∗)随ω的变化曲线可以看出:PVA水溶液试样的η∗随ω的增大而减小;随着PVA含量的增加,PVA水溶液试样的η∗随之增加;PVA含量较低的PVA水溶液试样在较低的ω下η∗会下降,随后逐渐趋于恒定,但是PVA含量较高的PVA 水溶液试样在较高的ω下η∗会明显下降㊂图2㊀25ħ下PVA水溶液试样的η∗随ω的变化曲线Fig.2㊀Plots ofη∗versusωfor PVA aqueoussolution samples at25ħʏ 1#试样;Ә 2#试样;һ 3#试样;▼ 4#试样;Ң 5#试样;◀ 6#试样㊀㊀聚合物的动态流变测试主要是研究材料在交变应力或交变应变下的流变特征㊂由动态流变测试结果可以得到聚合物流体的弹性行为和黏性行为的信息,储能模量(Gᶄ)是指聚合物流体在交变应力(或应变)下发生弹性形变时形变能量的储83㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷存和释放的部分,反映了聚合物流体的弹性大小;损耗模量(G ᵡ)是指聚合物流体在交变应力(或应变)下发生黏性流动时形变能量中损失的部分,反应了聚合物流体的黏性大小㊂从图3不同PVA 含量的PVA 水溶液试样的Gᶄ和Gᵡ随ω的变化曲线可以看出,随着PVA 含量增加,PVA 水溶液试样的Gᶄ和Gᵡ都随之增大,这是因为PVA 含量的增加使得PVA 分子氢键密度增大,分子链的缠结点数量增加,从而使得溶液体系的弹性行为增强,黏性行为也增强㊂图3㊀25ħ下PVA 水溶液试样的Gᶄ和Gᵡ随ω的变化曲线Fig.3㊀Plots of Gᶄand Gᵡversus ωfor PVA aqueoussolution samples at 25ħʏ,Ѳ 1#试样;Ә,ʻ 2#试样;һ,ә 3#试样;▼,▽ 4#试样;Ң,Җ 5#试样;◀,◁ 6#试样㊀㊀Gᶄ和Gᵡ随ω的变化曲线中Gᶄ和Gᵡ的交点代表体系溶胶状态与凝胶状态的转变,当Gᶄ大于Gᵡ时,溶液体系弹性行为占主导,为凝胶体;当Gᶄ小于Gᵡ时,溶液体系的黏性行为占主导,为黏流体[15-18]㊂从图3还可以看出:对于PVA 质量分数不超过15%的PVA 水溶液试样,当ω大于0.316rad /s 时,Gᶄ小于Gᵡ,说明低PVA 含量的PVA 水溶液为黏流体,流动性好;而对于PVA 质量分数为20%的PVA 水溶液试样,在ω大于60rad /s 时,Gᶄ大于Gᵡ,说明高PVA 含量的PVA 水溶液在短时间的外力作用下,呈凝胶状态㊂2.3㊀温度对PVA 水溶液流变性能的影响在聚合物的加工成型过程中,聚合物的黏度都会在一定程度上受到温度的影响,所以研究聚合物在加工过程中的流变性能,要依据具体的加工要求来确定温度范围㊂对于PVA 水溶液,其加工成型温度一般在60~90ħ,因此考察了不同PVA 含量的PVA 水溶液试样在60,70,80,90ħ下ηa随̇γ的变化,见图4㊂图4㊀不同温度下PVA 水溶液试样的ηa随̇γ的变化曲线Fig.4㊀Plots of ηa versus ̇γfor PVA aqueous solution samples at different temperaturesʏ 3#试样;Ә 4#试样;һ 5#试样;▼ 6#试样;Ң 7#试样93第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黎㊀园等.不同溶剂对聚乙烯醇溶液体系流变行为的影响㊀㊀从图4可以看出:不同PVA含量的PVA水溶液试样在不同温度下均呈现出剪切变稀行为;在同一̇γ下,PVA水溶液试样的ηa随温度升高呈下降的趋势,这是因为温度升高使得PVA分子链热运动变得剧烈,分子链的活动性增强,PVA 分子间的氢键作用减弱㊂非牛顿指数(n)是用来判断聚合物流体偏离牛顿流体程度的参数[19],可通过式(1)计算㊂lnτ=ln K+n lṅγ(1)式中:K为常数,τ为剪切应力㊂以lṅγ为横坐标,lnτ为纵坐标绘制lnτ-lṅγ曲线(曲线斜率即为n),由曲线斜率获得的PVA水溶液试样在不同温度下的n列于表1㊂从表1可以看出,随着PVA含量增加,PVA水溶液的n先略微上升后下降,但总体呈现下降趋势㊂一般对于假塑性流体而言,n小于1,n越小则代表流体非牛顿特性越大,溶液黏度的剪切依赖性越强;n增大,说明溶液体系随̇γ增大黏度下降程度减弱㊂对于高PVA含量的PVA水溶液体系, PVA分子会高度缠结形成网状结构,而在剪切作用下这种缠结结构会被破坏并取向,从而表现为ηa急剧下降,所以PVA水溶液中PVA含量越高其剪切依赖性越强㊂表1㊀不同温度下PVA水溶液试样的nTab.1㊀n of PVA aqueous solution samplesat different temperatures试样n60ħ70ħ80ħ90ħ3#0.7200.6920.6670.679 4#0.7790.7080.6570.726 5#0.5840.5310.5620.623 6#0.5320.5520.5270.583 7#0.2740.2480.3490.356㊀㊀聚合物的n也与温度相关,当温度波动较大时,溶液的n也会发生变化㊂从表1还可以看出,温度为60~90ħ时,随着温度的升高,PVA水溶液试样的n会先减小后增大,但总体呈现增大趋势㊂这是因为随着温度的升高,一方面PVA分子链段热运动能力增强,流动阻力减小,另一方面在剪切作用下某部分被破坏的PVA分子链缠结结构被重新恢复,从而抵消了一部分剪切作用对溶液体系结构的影响,所以随着温度的升高,PVA 水溶液体系的非牛顿特性会减弱,其剪切依赖性也会随之减弱㊂㊀㊀不同PVA含量的PVA水溶液的ηa-温度(T)曲线见图5㊂图5㊀PVA水溶液试样的ηa-T曲线Fig.5㊀Plots ofηa versus T for PVA aqueous solution samplesʏ 3#试样;Ә 4#试样;һ 5#试样;▼ 6#试样㊀㊀从图5可以看出:PVA水溶液试样的ηa随T 的提高逐渐下降;随着PVA含量增加,T对PVA 水溶液试样ηa的影响增大,这是因为随着PVA 含量增加,PVA分子链间的氢键作用增强,PVA 分子运动单元进行跃迁时需要更大的能量克服周围分子的作用㊂㊀㊀根据绝对反应速率理论,在流体流动过程中一个分子运动单元需要一定能量克服周围分子的作用,使其从一个平衡位置跃迁到下一个平衡位置[21],所需能量的计算见式(2)㊂lnηa=ln B+ E a R T(2)式中:B为常数,R为气体常数, E a为黏流活化能㊂以lnηa为横坐标,1/T为纵坐标绘制lnηa-1/T曲线(曲线斜率即为 E a),由曲线获得的PVA水溶液试样的 E a列于表2㊂表2㊀PVA水溶液试样的 E aTab.2㊀ E a of PVA aqueous solution samples试样 E a/(kJ㊃mol-1)3#12.064#27.165#32.566#37.54㊀㊀从表2可以看出,随着PVA含量的增加, PVA水溶液的 E a增大㊂ E a可以表征聚合物流体黏度对T的依赖性, E a越高,聚合物流体黏度对T越敏感㊂因此,对于高PVA含量的PVA 水溶液,可以通过调控加工成型的温度来提高PVA水溶液的流变性能㊂04㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷2.4㊀PVA含量对PVA/DMSO溶液稳态流变行为的影响㊀㊀从图6可以看出:随着PVA含量的增加, PVA/DMSO溶液试样的ηa随之增加,与PVA水溶液的流动曲线趋势基本相似;不同PVA含量的PVA/DMSO溶液试样均显示剪切变稀行为,但PVA质量分数为5%的试样剪切变稀行为不明显,PVA质量分数为8%的PVA/DMSO溶液在̇γ超过178s-1之后ηa会大幅度下降,而PVA质量分数为10%㊁14%㊁17%㊁20%的PVA/DMSO溶液试样分别在̇γ为75s-1㊁23s-1㊁10s-1㊁5s-1左右时ηa开始大幅度下降㊂这是因为PVA含量较高的PVA/DMSO溶液体系缠结程度较大,分子间氢键作用强,̇γ对其ηa影响占很大的主导地位,当̇γ增大时,PVA/DMSO溶液体系中大分子会逐渐从网络结构中解缠结和取向,体系中的氢键作用会遭到破坏,从而使得流体结构发生变化,流动阻力变小;同时低分子的溶剂也会从稳定的体系中分离出来,使得PVA线团尺寸变小,降低体系的流动阻力,所以PVA/DMSO溶液的ηa随之下降㊂图6㊀25ħ下PVA/DMSO溶液试样的ηa随̇γ的变化曲线Fig.6㊀Plots ofηa versuṡγfor PVA/DMSOsolution samples at25ħʏ 8#试样;Ә 9#试样;һ 10#试样;▼ 11#试样;Ң 12#试样;◀ 13#试样2.5㊀PVA含量对PVA/DMSO溶液动态流变行为的影响㊀㊀从图7室温下PVA/DMSO溶液试样的η∗随ω的变化曲线可以看出:PVA/DMSO溶液试样的η∗随ω的增大而减小,呈现和稳态流变行为类似的变化趋势,表现出剪切变稀行为;随着PVA含量的增加,PVA/DMSO溶液试样的η∗也随之增加;随着ω增大,PVA含量较低的PVA/DMSO溶液试样的η∗基本趋于稳定,但是PVA含量较高的PVA/DMSO溶液试样会在ω较大时出现明显的剪切变稀行为㊂图7㊀25ħ下PVA/DMSO溶液试样的η∗随ω的变化曲线Fig.7㊀Plots ofη∗versusωfor PVA/DMSO solutionsamples at25ħʏ 8#试样;Ә 9#试样;һ 10#试样;▼ 11#试样;Ң 12#试样;◀ 13#试样㊀㊀从图8不同PVA含量的PVA/DMSO溶液试样的Gᶄ和Gᵡ随ω的变化曲线可以看出:随着PVA含量增加,PVA/DMSO溶液试样的Gᶄ和Gᵡ都随之增大,这是因为PVA含量的增加使得PVA 侧链上的羟基密度增大,溶液体系的氢键作用增强,分子链的缠结程度增强,形成三维拟网络结构,从而使得溶液体系的弹性行为增强,黏性行为也增强;但是不同PVA含量的PVA/DMSO溶液体系始终有Gᶄ大于Gᵡ,这说明溶液体系始终以黏性行为占主导,为黏流体,流动性好㊂图8㊀25ħ下PVA/DMSO溶液试样的Gᶄ和Gᵡ随ω的变化曲线Fig.8㊀Plots of Gᶄand Gᵡversusωfor PVA/DMSOsolution samples at25ħʏ,Ѳ 8#试样;Ә,ʻ 9#试样;һ,ә 10#试样;▼,▽ 11#试样;Ң,Җ 12#试样;◀,◁ 13#试样14第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黎㊀园等.不同溶剂对聚乙烯醇溶液体系流变行为的影响2.6㊀溶剂对PVA溶液体系流变性能的影响不同溶剂会对PVA的溶解程度有一定影响,相比于水,DMSO是PVA的一种良溶剂,也是一种比水更好的溶剂[21-23]㊂PVA在DMSO溶剂中的特性黏数为3.25dL/g,而在水中的特性黏数为0.93dL/g[24]㊂YOUNG T H等[23]利用Flory-Huggins理论研究表明,PVA与水的相互作用参数(X)为0.509,而PVA与DMSO的X为0.328,这表明PVA与DMSO的相互作用更强㊂DMSO 的溶解度参数为12.9cal1/2/cm3/2,水的溶解度参数为23.5cal1/2/cm3/2,PVA的溶解度参数为12.6 cal1/2/cm3/2,DMSO和PVA的溶解度参数更为接近,PVA在DMSO中溶解度更大[12]㊂对比图1和图6两个溶液体系的流动曲线可以看出,不同PVA含量的PVA/DMSO溶液的ηa大于PVA水溶液的ηa,例如̇γ为10s-1时, PVA质量分数为10%的PVA/DMSO溶液试样的ηa为9.0Pa㊃s,而PVA水溶液试样的ηa为1.7 Pa㊃s,并且与PVA水溶液试样相比,PVA/DMSO 溶液试样在高̇γ下会出现更为明显的ηa下降现象㊂这表明PVA分子链在DMSO中更加舒展,存在更多的分子间相互作用,使得PVA分子链的流体力学体积更大,流动阻力更大,而在水中PVA 分子链构象更加蜷缩,存在较强的分子内氢键作用,分子有效体积较小,分子链间距离小,从而使得其流动阻力比在DMSO中更小㊂增比黏度(ηsp)是用来量度高分子进入溶液后所引起液体黏度变化的一个参数,其计算见式(3)㊂ηsp=η0-ηsηs(3)式中:η0为聚合物的溶液黏度,ηs为纯溶剂黏度㊂以ηsp为纵坐标,PVA含量为横坐标绘制散点图,并进行线性拟合,得到不同PVA含量下PVA水溶液及PVA/DMSO溶液的ηsp,见图9㊂依据图9中曲线斜率差异,大致可将曲线划分为稀溶液㊁亚浓溶液和浓溶液3个区域,稀溶液和亚浓溶液间的分界值称为临界接触浓度(C∗),亚浓溶液和浓溶液间的分界值称为临界缠结浓度(C+)㊂从图9可以看出:PVA水溶液在3个区域的斜率分别为1.56㊁3.79和6.57,而PVA/DMSO 溶液在3个区域的斜率分别为4.41㊁5.38和5.47;PVA水溶液体系达到C∗与C+时,PVA质量分数分别为7%和10%,而PVA/DMSO溶液达到C∗与C+时,PVA质量分数分别为10%和14%㊂在稀溶液区域PVA线团相隔较远,线团间相互作用可以忽略;当PVA含量达到C∗时PVA 线团开始接触,且随着PVA含量的增加,线团之间会相互穿透,此时存在PVA分子间的氢键作用;当PVA含量达到C+时,PVA线团会紧密交叠,这时PVA分子间的氢键作用会占主导㊂图9㊀不同PVA含量的PVA水溶液及PVA/DMSO溶液试样的ηspFig.9㊀ηsp of PVA aqueous solution and PVA/DMSO solutionsamples with different PVA content稀溶液区域; 亚浓溶液区域;┅ 浓溶液区域㊀㊀此外,结合图3和图8可以看出,PVA在DMSO中的Gᶄ和Gᵡ均高于在水中的Gᶄ和Gᵡ,这说明PVA在DMSO中有着更强的弹性行为和黏性行为㊂图10为两个溶液体系修正的Cole-Cole曲线,Cole-Cole曲线表示Gᶄ与Gᵡ的比值关系㊂理想情况下,均相聚合物熔体和溶液的Cole-Cole曲线的斜率为2[10]㊂从图10可以看出:PVA/DMSO 溶液试样的Cole-Cole曲线的斜率均在1.7左右,接近于2;而PVA水溶液试样的Cole-Cole曲线的斜率均小于1,这说明PVA在DMSO中的溶解度24㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷更高,PVA 在DMSO 中分子链处在更加舒展的状态,PVA /DMSO 溶液更趋向于均相的聚合物溶液㊂ʏ 1#试样;Ә 2#试样;һ 3#试样;▼ 4#试样;Ң 5#试样;◀ 6#试样ʏ 8#试样;Ә 9#试样;һ 10#试样;▼ 11#试样;Ң 12#试样;◀ 13#试样图10㊀PVA 水溶液及PVA /DMSO 溶液试样的Cole-Cole 曲线Fig.10㊀Cole-Cole curves of PVA aqueous solution andPVA /DMSO solution samples㊀㊀从两种溶液体系的动态流变测试结果也可以看出,在研究的̇γ范围内,溶液均呈现流体状态,这说明在Cole-Cole 曲线中观察到的混合不均匀性的现象不是因为存在液-固相分离,而是由于PVA 溶液的液-液相分离[25]㊂此外,PVA 水溶液的Cole-Cole 曲线的斜率较低,说明PVA 在水中的液-液相分离倾向略高于在DMSO 中㊂3㊀结论a.随着PVA 含量增加,PVA 水溶液的ηa 急剧增加㊂不同PVA 含量的PVA 水溶液均显示假塑性流体的行为,随着̇γ增加,PVA 水溶液的ηa下降㊂随着PVA 含量增加,PVA 水溶液的Gᶄ和Gᵡ都随之增大,但PVA 水溶液在研究的̇γ下黏性行为占主导,为流体状态㊂b.加工温度由60ħ上升至90ħ,PVA 水溶液的ηa 降低,避免了ηa在̇γ出现波动时发生很大的变化㊂高PVA 含量的PVA 水溶液的 E a更高,对温度依赖性更大,对温度变化更敏感,可以通过调控加工成型温度来改善PVA 水溶液的流动性㊂c.随着PVA 含量增加,PVA /DMSO 溶液的ηa 增加,且不同PVA 含量的PVA /DMSO 溶液均呈现剪切变稀的行为㊂PVA /DMSO 溶液的Gᶄ和Gᵡ也随着PVA 含量的增加而增大,但PVA /DM-SO 溶液在研究的̇γ下黏性行为占主导㊂d.PVA 含量相同时,PVA 在DMSO 中的ηa ㊁Gᶄ㊁Gᵡ均高于在水中的ηa ㊁Gᶄ㊁Gᵡ,其原因是PVA在DMSO 中的溶解度更高,分子构象更加舒展,使得PVA 分子链的流体力学体积更大,流动阻力更大㊂参㊀考㊀文㊀献[1]㊀BRISCOE B,LUCKHAM P,ZHU S.The effects of hydrogenbonding upon the viscosity of aqueous poly (vinyl alcohol)so-lutions[J].Polymer,2000,41(10):3851-3860.[2]㊀VENEGAS-SÁNCHEZ J A,TAGAYA M,KOBAYASHI T.Ul-trasound stimulus inducing change in hydrogen bonded crosslinking of aqueous polyvinyl alcohols [J ].Ultrasonics Sonochemistry,2014,21(1):295-309.[3]㊀SUBRAMANIAN U M,KUMAR S V,NAGIAH N,et al.Fab-rication of polyvinyl alcohol-polyvinylpyrrolidone blend scaffolds via electrospinning for tissue engineering applications[J].In-ternational Journal of Polymeric Materials and Polymeric Bio-materials,2014,63(9):476-485.[4]㊀HAN C D.Rheology and processing of polymeric materials:Vol-ume 1:Polymer Rheology [M ].Oxford:Oxford University Press,2007.[5]㊀OSSWALD T A,RUDOLPH N.Polymer rheology:Fundamen-tals and applications[M].München:Carl Hanser Verlag Gm-bH &Co.KG,2014.[6]㊀刘赛,高强,王阳毅,等.高分子量全水解聚乙烯醇干湿法纺纤维的制备与性能[J].丝绸,2018,55(5):12-17.[7]㊀李化真.高分子/表面活性剂溶液流变行为的研究[D].合肥:中国科学技术大学,2010.[8]㊀白阳.聚乙烯醇(PVA)及其交联体系水溶液粘弹性研究[D].北京:中国石油大学(北京),2018.[9]㊀LEE E J,KIM N H,DAN K S,et al.Rheological propertiesof solutions of general-purpose poly (vinyl alcohol)in dimethylsulfoxide[J].Journal of Polymer Science Part B:Polymer34第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀黎㊀园等.不同溶剂对聚乙烯醇溶液体系流变行为的影响Physics,2004,42(8):1451-1456.[10]LYOO W S,KIM B C,HA W S.Rheological and rheo-opticalproperties of high molecular weight syndiotactic and atactic polyvinylalcohol solutions[J].Polymer Engineering and Sci-ence,1997,37(7):1259-1265.[11]SONG S I,KIM B C.Characteristic rheological features ofPVA solutions in water-containing solvents with different hydra-tion states[J].Polymer,2004,45(7):2381-2386. [12]GUPTA D,JASSAL M,AGRAWAL A K.A typical rheologyand spinning behavior of poly(vinyl alcohol)in a nonaqueous solvent[J].Polymer Journal,2019,51(9):883-894. [13]叶维娟,吕维扬,梅清青,等.氢键作用对聚乙烯醇水溶液流变行为的影响[J].高分子学报,2015,10:1216-1222.[14]GAO H W,YANG R J,HE J Y,et al.Rheological behaviorsof PVA/H2O solutions of high-polymer concentration[J].Journal of Applied Polymer Science,2010,116(3):1459-1466.[15]曾妮,淡宜,陈俊兵,等.支化聚乙烯醇水溶液的流变行为[J].高分子材料科学与工程,2019,35(2):86-90. [16]LYOO W S,SEO I S,YEUM J H,et al.Effect of degree ofsaponification on the rheological properties of syndiotactic poly (vinyl alcohol)/water solution[J].Journal of Applied Polymer Science,2002,86(2):463-467.[17]SAARI R A,MAENO R,TSUYUGUCHI R,et al.Impact ofLithium halides on rheological properties of aqueous solution of poly(vinyl alcohol)[J].Journal of Polymer Research,2020, 27(8):1-8.[18]徐绍深,杜淼,宋义虎,等.十二烷基硫酸钠对聚乙烯醇亚浓水溶液流变行为的影响[J].高分子学报,2020,51(4): 403-410.[19]高瀚文,何吉宇,杨荣杰,等.聚乙烯醇水溶液的剪切流变行为[J].高分子材料科学与工程,2010,26(3):65-67.[20]VINOGRADOV G V,MALKIN A Y.Rheology of polymers:viscoelasticity and flow of polymers[M].Berlin:Springer-Ver-lag,1980.[21]HOU Y,CHEN C,LIU K,et al.Preparation of PVA hydrogelwith high-transparence and investigations of its transparent mechanism[J].RSC Advances,2015,5(31):24023-24030.[22]KANAYA T,TAKAHASHI N,TAKESHITA H,et al.Struc-ture and dynamics of poly(vinyl alcohol)gels in mixtures of dimethyl sulfoxide and water[J].Polymer Journal,2012,44(1):83-94.[23]YOUNG T H,CHUANG W Y.Thermodynamic analysis on thecononsolvency of poly(vinyl alcohol)in water-DMSO mixtures through the ternary interaction parameter[J].Journal of Mem-brane Science,2002,210(2):349-359.[24]HONG S J,HUANG H T,HONG P D.Effects of solvent ad-sorption on solution properties of poly(vinyl alcohol)/dimeth-ylsulfoxide/water ternary systems[J].Journal of Applied Poly-mer Science,2004,92(5):3211-3217.[25]GUPTA D,JASSAL M,AGRAWAL A K.The electrospin-ning behavior of poly(vinyl alcohol)in DMSO-water binary solvent mixtures[J].RSC Advances,2016,6(105):102947-102955.Influence of different solvents on rheological behavior ofpolyvinyl alcohol solution systemLI Yuan1,ZHANG Sumei2,CHEN Jinyao2(1.SINOPEC Chongqing SVW Chemical Co.,Ltd.,Chongqing401254;2.State Key Laboratory of PolymerMaterials Engineering,Institute of Polymer,Sichuan University,Chengdu610065) Abstract:The rheological behavior of polyvinyl alcohol(PVA)aqueous solution and PVA/dimethyl sulfoxide(DMSO)solu-tion systems with different PVA content was tested with water and DMSO as solvents using a rotary rheometer.The effects of PVA content,temperature and solvents on the rheological behavior of PVA solution systems with high degree of polymerization and al-coholysis were studied.The results showed that the apparent viscosity(ηa)of PVA aqueous solution and PVA/DMSO solution sharply decreased with the increase of shear rate,which exhibited pseudoplastic fluid behavior;theηa of PVA aqueous solution and PVA/DMSO solution sharply increased,the storage modulus(Gᶄ)and loss modulus(Gᵡ)also increased,and the viscoelas-tic behavior was enhanced with the increase of PVA content;compared with PVA aqueous solution system,PVA had a higher solubility and a larger molecular fluid dynamics volume in DMSO;PVA/DMSO solution system hadηa,Gᶄand Gᵡhigher than PVA aqueous solution system at the same PVA content;and the temperature elevation can enhance the PVA segment mobility, offsetting some of the shear effects on the rheological behavior of PVA solution systems.Key words:polyvinyl alcohol;dimethyl sulfoxide;solution system;rheological behavior44㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2024年第47卷。
实验九 毛细管流变仪测定聚合物的流变特性
①选择适当长பைடு நூலகம்比的毛细管，从料筒下面旋上料筒中，并从料筒上面放进柱塞。 高聚物熔体（或浓溶液）的流动特性，与高聚物的结构、相对分子量及相对分子质量分布、分子的支化和交联有密切的关系。
的流动类型（注意：图上应标明测试温度 高聚物熔体（或浓溶液）的流动特性，与高聚物的结构、相对分子量及相对分子质量分布、分子的支化和交联有密切的关系。
⑤改变负荷，重复上述操作。
及所用毛细管的长径比）。 恒温10min后加压，记录流变速率曲线。
每个温度共做5~6个不同负荷下的流变速率曲线。 ⑤改变负荷，重复上述操作。
②在各种温度的lgηa-lgDw 曲线图中，从某 高聚物流体多属非牛顿流体，不同类型的流变曲线如图所示。
④待温度恒定后，从料筒中取出柱塞，放入约2g试样，放进柱塞，并使压头压紧柱塞。 实验九
实验仪器及药品
1. 仪器：XLY-Ⅱ型流变仪。毛细管 （R=0.25mm,L=36mm;R=0.5mm,L=40 mm）。
2. 药品：聚苯乙烯，聚丙烯，涤纶（均为粒 料）。
实验步骤
1. 试样处理 试样在测定流动曲线前先进行真空干燥2h 以上①，以除去水分及其它挥发性杂质。
实验步骤
2. 流动速率曲线的测定 ①选择适当长径比的毛细管，从料筒下面旋上料筒中，并 从料筒上面放进柱塞。 ②按照XLY-Ⅱ型流变仪使用说明书接通控制器及记录仪的 电源。 ③选择实验温度（本实验依试样不同可选择190℃、 230℃、260℃、290℃）和升温速度。 ④待温度恒定后，从料筒中取出柱塞，放入约2g试样， 放进柱塞，并使压头压紧柱塞。恒温10min后加压，记录 流变速率曲线。 ⑤改变负荷，重复上述操作。每个温度共做5~6个不同负 荷下的流变速率曲线。再改变温度，重复上述操作②。 ⑥实验结束后，停止加热。乘热卸下毛细管，并用绸布擦 净毛细管及料筒③
聚合物材料熔体流变曲线测定
聚合物材料熔体流变曲线测定聚合物材料熔体流变曲线测定实验⽬的1．了解⾼分⼦材料熔体流动变形特性以及随温度、应⼒、材料性质塑化性能变化规律；2．掌握由⾼分⼦材料流变特性拟定成型加⼯⼯艺的⽅法；3．熟悉⽑细管流变仪测定⾼分⼦材料流变性能的原理及操作。
实验原理⽑细管流变仪测试的基本原理是：设定在⼀个⽆限长的圆形⽑细管中，塑料熔体在管中的流动为⼀种不可压缩的黏性流体的稳定层流流动；⽑细管两端的压⼒差为△P，由于流体具有粘性，它必然受到⾃管体与流动⽅向相反的作⽤⼒，通过粘滞阻⼒应与推动⼒相平衡等流体⼒学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应⼒（ζw）和剪切速率（γw）与压⼒、熔体流率的关系。
ζw=式中 R——⽑细管的半径（cm）L——⽑细管的长度（cm）△P——⽑细管两端的压⼒差（Pa）γw=4Q/∏R3式中Q——熔体容积流率（cm3/s）由此，在温度和⽑细管长径⽐（L/D）⼀定的条件下，测定在不同的压⼒下塑料熔体通过⽑细管的流动速率（Q），由流动速率和⽑细管两端的压⼒差△P，可计算出相应的ζw和γw 值，将⼀组相应的ζw和γw在双对数座标纸上绘制流动曲线图，即可求得⾮⽜顿指数（n）和熔体表现粘度（ηa）。
但是，对⼤多数塑料熔体来说都属于⾮⽜顿液体，⽽且实验中⽑细管长度有限，因此，必须进⾏“⾮⽜顿改正”和“⼊⼝改正”，才可得⽑细管壁上的真实剪切速率和剪切应⼒。
主要原料及设备仪器主要原材料：LDPE 18D 粒料，⼤庆⽯化；分5组，每组1g；仪器设备：CFT－500D⽑细管流变仪（恒负荷）⽑细管⼝模长径⽐（L/D）：10:1；直径：1mm；活塞截⾯积：1cm2实验条件与操作1、条件实验温度：190℃预热时间：200s实验负荷：20kg；30kg；50kg；70kg；90kg砝码重量＝（实验负荷－5）/10砝码重量：1.5kg；2.5kg；4.5kg；6.5kg；8.5kg2、操作A 、启动HAAKE 微机控制转矩流变仪的微机及动⼒系统，按实验要求设定所⽤的实验参数。
219402626_时温叠加与Cox-Merz规则在流变测试中的应用
工业技术CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2023， 40（2）： 44DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2023.01.10旋转流变仪在高分子材料的结构表征（如相对分子质量及其分布、长支链结构、织态结构等），动、静态黏弹性测试，物理化学变化过程等方面广泛应用［1］。
剪切黏度是表示聚合物流变性能的最常用的参数。
旋转流变仪一般适合测量低剪切速率范围的剪切黏度，在较高剪切速率范围时测得的值容易产生偏离［2］。
利用旋转流变仪的动态频率扫描很容易测量黏度，在应力型流变仪上，设定应力的幅度，施加不同频率的正弦形变，得到黏度随频率的变化曲线。
本工作对低密度聚乙烯进行振荡频率扫描流变实验，通过Cox-Merz规则得到更高剪切速率范围的黏度曲线，同时选取不同的温度进行多次实验，利用时温叠加（TTS）原理和Cox-Merz规则，得到更大频率范围的黏度数据，将两组数据与稳态测试的数据进行比较，分析各种实验方法的准确性和优缺点。
1 实验部分1.1 主要原料与仪器低密度聚乙烯LDPE-1，熔体流动速率为0.25 g/10 min，密度为0.9225 g/cm3，国产。
DHR-2型旋转流变仪，美国TA仪器公司，25 mm平行板夹具。
时温叠加与Cox-Merz规则在流变测试中的应用马 丽，王文燕，韦德帅（中国石油天然气股份有限公司大庆化工研究中心，黑龙江 大庆 163714）摘要：采用旋转流变仪针对低密度聚乙烯进行振荡频率扫描测试，通过Cox-Merz规则和时温叠加原理对测试结果进行数据处理，并对低密度聚乙烯直接进行流动稳态测试，将结果进行对比。
结果表明：将振荡频率扫描实验结果利用时温叠加原理和Cox-Merz规则处理后，可以测得更高剪切速率的数据，但是时温叠加实验比较繁琐，需要进行多个温度的动态频率扫描实验。
关键词：低密度聚乙烯 Cox-Merz规则 时温叠加 剪切速率中国分类号：TQ 325.1+2文献标志码：B 文章编号：1002-1396（2023）02-0044-03 Application of time-temperature superposition and Cox-Merz rule inrheological testMa Li，Wang Wenyan，Wei Deshuai（PetroChina Daqing Chemical Research Center，Daqing 163714，China）Abstract：An oscillation frequency sweep test was carried out on low-density polyethylene with rotating rheometer in this experiment. The test results were processed by use of Cox-Merz rule and the principle of time-temperature superposition and compared with the results of the direct flow steady-state test. The results show that the data of a larger shear rate can be obtained from oscillation frequency sweep test，processed by the principle of time-temperature superposition and the Cox-Merz rule. Higher shear rate can be measured by use of the principle of time-temperature superposition and the Cox-Merz rule，however，the experiment is more cumbersome and requires a dynamic frequency sweep experiment at multiple temperatures.Keywords：low density polyethylene； Cox-Merz rule； time-temperature superposition； shear rate收稿日期：2022-09-27；修回日期：2022-12-26。
流变仪之各种曲线之原理.doc
一. 流变仪之各种曲线之原理：1. S*粘弹曲线的原理：根据转子或转盘转动时，因胶料架桥作用所产生之扭矩变化曲线。
S*= S’2+S”2 δ=ab-ac2. S’弹性曲线的原理：S’=S* X cos δ，S’ 可得到相关之加硫条件参数。
3. S”粘性曲线的原理：S”=S* X sin δ ，S” 可得到相关之粘性参数。
粘性曲线可看出橡胶之加工性。
4. Loss Angle 动的损失角曲线的原理：δ=ab-ac5. tan δ粘弹性比值曲线：tan δ=S”/S’6. 上、下模温度曲线：测试进行中温度变化记录曲线。
7. 硫化速率曲线：架桥过程中相邻两点间之斜率值之曲线。
8.粘弹综合曲线：S*= S’2+S”2 二. 流变仪图形及数据之判读及运用：流变仪之标准硫化曲线如下：其中共分为三大区：1. 第一区为加工区：在此一时间内橡胶具有可塑性。
此段时间愈长愈易于加工，但产能将降低，扭力值愈低橡胶流动性愈好。
2. 第二区为硫化区：在此一时间内为架桥过程。
以相同的材料而言此段时间愈长，物性通常会较佳。
3. 第三区为物理性质区：此一区段可判读成品之物理性质。
由曲线中可得数据说明如下：S* S’ S” δ ab ac δ a c b 扭力時間 加工特性區 硫化區 物性質區1. 焦烧时间(TS – Time of Scorch)：一般而言国人的习惯此数据取2，这个时间通常称之为加工安全时间，也就是超过此时间橡胶已架桥失去了流动性，这是衡量模内流动时间的尺度，在低温下，它是衡量加工性能的指数，它与门尼焦烧相似。
事实上，如果流变仪和门尼试验的温度相同时，流变仪的TS2和门尼的TS35有密切关系。
以TS2为例，其定义为最低扭力值加2个单位所对应的时间：MS2=ML+2 →此点所对应的时间(TS)2. 硫化时间(TC – Time of Curing)：一般而言国人的习惯此数据取90，这个时间通常称之为最适加硫时间，也就是说当加硫至此一时间就可自模具中将成品取出，其定义为加硫至90%所需之时间，其计算公式为：MC90=(MH-ML)*90%+ML →此点所对应之时间(TC)3. 最低扭力值(ML – Min Torque)：此数据可作为加工特性之参考。
低剪切速率下聚合物流动曲线的测定
实验6 低剪切速率下聚合物流动曲线的测定聚合物流体在低剪切速率（或低应力）范围流动时表现为牛顿型流动，这一流动区域称为第一牛顿区。
某些聚合物的加工过程如流延成型、塑料糊和胶乳的刮涂和浸渍以及涂料的涂刷等都是在这一剪切速率范围内进行的。
在低剪切速率或低应力时，聚合物流体的结构并未因流动而发生明显改变，流动过程中大分子的构象分布，以及大分子束的尺寸均与物料在静态时相同，长链分子的缠结和分子间的范德华力使大分子间形成了相当稳定的结合，因此粘度保持常数。
通常将聚合物流体在第一牛顿区所对应的粘度称为零剪切粘度。
不同聚合物出现第一牛顿区的剪切范围不同，零剪切粘度也不同。
对一定的聚合物来说，零剪切粘度还与分子量、温度和压力有关。
一、二、实验目的了解旋转流变仪的基本结构及其适用范围。
熟悉平行平板式流变仪的测量原理及使用方法，掌握测试不同温度下聚合物熔体的流动曲线，计算零剪切粘度和流动活化能。
基本原理测定流体流变行为的仪器称为流变仪。
旋转式流变仪主要有同轴圆筒式、锥板式、平行板式和环板式等。
其中同轴圆筒式、锥板式和平板式较常见，它们易于清洗，加热快，可用于在较低切变速率下聚合物浓溶液、悬浮液、胶乳或熔体的流变性能测定。
特别是可以用来测定流体的法向应力差。
平行平板测量系统中下平板固定，上平板旋转，扭转流动发生在两个平行的圆盘之间（图6.1），当物料在平行平板间剪切流动时，物料对转子施加反作用力，这个力由测力传感器测量。
其转矩值反应了物料粘度的变化。
通过电机控制转子的转速，可以得到不同剪切速率下的剪切应力和粘度，作图得到流变曲线。
对扭转流动采用柱面坐标进行分析。
非零剪切应力分量为σZ θ，作用在z 面上，方向为θ方向，即切线方向。
在扭转流动中，只有θ方向的流动，平板转子边缘的剪切速率为HR dh d ϖγ= （6-1） 剪切应力为32RM πσ= （6-2） 式中，R 为平板转子的半径， H 为两平板之间的距离，ω为平板角速度，M 为施加的扭矩。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[练习]用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线
一、实验目的
[1] 学会使用LVDV,III流变仪。
[2] 记录恒温条件下，不同转子转速下，流体的黏度值、扭矩百分值、剪切
应力及剪切率等，并绘制流体的流动曲线。
[3] 求出流动幂律指数n和稠度系数K，并根据流动幂律指数n判定所测流
体性质。
二、实验原理
按照流体力学的观点，流体可分为理想流体和实际流体两大类。
理想流体在流动时无阻力，故称为非粘性流体。
实际流体流动时有阻力，即内摩擦力(或剪切应力)，故又称为粘性流体。
根据作用于流体上的剪切应力与产生的剪切速率之间的关系，粘性流体又分为牛顿流体和非牛顿流体。
研究流体的流动特性，对聚合物的加工工艺方面具有很强的指导意义。
取相距为dy的两薄层流体，下层静止，上层有一剪切力F，使其产生一速度du。
由于流体间有内摩擦力影响，使下层流体的流速比紧贴的上一层流体的流速稍慢一些，至静止面处流体的速度为零，其流速变化呈线性。
这样，在运动和静止面之间形成一速度梯度du,dy，也称之为剪切速率。
在稳态下，施于运动面上的力F，必然与流体内因粘性而产生的内摩擦力相平衡，据牛顿粘性定律，施于运动面上的剪切应力σ与速度梯度du,dy成正比，即:
σ=F/A=ηdu,dy=ηγ
式中:η,粘度系数，又称为粘度;du,dy,剪切速率，用γ表示，以剪切应力对剪切速率做图，所得的图形称为剪切流动曲线，简称流动曲线。
(1) 牛顿流体的流动曲线是通过坐标原点的一直线。
其斜率即为粘度，即牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系完全服从于牛顿粘性定律:η=σ,γ，水、酒精、醇类、酯类、油类等均属于牛顿流体。
(2) 凡是流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标轴原点的流体，都称之为非牛顿流体。
此时粘度随剪切速率的改变而改变，这时将粘度称为表观粘度，用η表示。
聚合物浓溶液、熔融体、悬浮体、浆状液等大多属于此类。
聚合物a 流体多数属于非牛顿流体，它们与牛顿流体的确有不同的流动特性，两者的动量传递特性也有所差别。
进而影响到热量传递、质量传递及反应结果。
对于某些聚合物的浓溶液通常用幂律定律来描述它的粘弹性，即:
nσ=kγ
,稠变系数(常数)。
表观粘度又可表示为:式中:n,流动幂律指数;k
n-1η= kγ， a
幂律定律在表征流体的粘弹性上的优点是通过n值的大小来判定流体的性质。
n>1为胀塑性流体;n<1为假塑性流体;n,1为牛顿流体。
几种流体可以用n图8-1表示。
将σ=kγ取对数得
lgσ=lgk+nlgγ
用lgσ对lgγ作图得一直线，n值及k值即可定量求出。
图1 几种典型的流变曲线
三、实验仪器和材料
[1] 仪器:LVDV,III流变仪
[2] 样品:聚乙烯醇浓溶液;甲基硅油
四、实验步骤
(1)仪器操作说明
[1] 安装并放平流变仪
将流变仪各部件按要求连接好，流变仪必须平放，用底座的三个水平螺丝调整水平，调节到DV,III，气泡位于圆圈中间，
[2] 自动回零
放置平稳后接通电源，空载调零。
读数之前，流变仪必须自动回零，每次开机都要做，操作程序如下: 打开电源，屏幕上显示出DV,III，处于可独立应用状态(未与电脑连接)，给出运行程序的版本(内置于控制仪器的程序)。
不要按任何键，短暂的停顿之后，屏幕闪15秒，然后DV ,III，自动回零。
15秒后，显示‘自动回零结束’，换上转子，按任何键。
主屏幕显示，DV,III，可以使用。
[3] 输入转子号数。
按SELECT SPDL键，然后按数字键可输入0,99有效的转子数。
选择
错误时，可以通过按数字键来解决，那时使用者再按SELECT SPDL键，[4] 装上转子
将转子斜插入样品(防止出现气泡)，并连接上主机电机杆，调节主机高低使溶液液面到达转子凹槽部分。
并插入温度探测器 [5] 输入转速
用数字键和执行键输入转速。
本机提供了0-2600间的任一速度值。
[6] 开始测量
按下MOTOR ON/OFF，ESCAPE键，开始测量流体的黏度值等。
测量开
始，等读数稳定下来，才可以记录扭矩、粘度值、剪切应力或剪切率，
一般要转动5圈以上。
SELECT DISPLAY键可切换显示力矩,(%)、黏
度(cp)、剪应力 SS(D/cm2)及剪切率SR(1/S)。
记录四个指标，并
附带单位。
(可通过改变转速或转子尽可能使力矩,在10%-100%以内，
所测结果较为准确。
只有合适的转子号数输入才能显示剪应力及剪切率值，否则显示为0。
此时用重新输入转子号数)。
(2)实验内容
[1] 甲基硅油流动曲线测试:用500ml烧杯转入合适量的甲基硅油测试，固定转子及转子号输入值，测试并记录5个不同转速下甲基硅油的力
矩,(%)、黏度(cp)、剪应力 SS(D/cm2)及剪切率SR(1/S)。
[2] 一定浓度的聚乙烯醇溶液流动曲线测试:同法测试聚乙烯醇溶液。
[3] 测试完毕关机，洗净转子并用吸水纸吸干水分晾干。
五、实验结果及数据处理
1. 准确完整记录实验数据列入下表中
表1 甲基硅油测试记录
测试项目甲基硅油转筒编号转子号
输入值转速力矩黏度剪应力SS 剪切率lgγ lgσ /RPM (,) (cp) (D/cm2) SR(1/S)
表2 聚乙烯醇溶液测试记录测试项目聚乙烯醇转筒编号转子号
溶液输入值转速力矩黏度剪应力SS 剪切率lgγ lgσ /RPM (,) (cp)
(D/cm2) SR(1/S)
2. 画出lgσ—lgγ的流动曲线。
3. 求出n和k值
4. 讨论试样属于何种流体。
六、注意事项
a) 试验过程中注意对转子的保护。
b) 实验结束后，要及时清洗转子及相关部件。
c) 对未知流体选择转子及速
度的过程，要通过尝试完成。
合适的选择是力
矩处于10,100,:
d) 当转子或速度改变时，非牛顿型流体的行为可导致黏度变化。
当黏度数
据一定要进行比较时，一定使用同样的转子，速度，容器和温度。
2e) 剪切力 ,1牛顿/平方米,10达因/CM,黏度,1mpa.s=1cp
七、思考题
[1] 牛顿流体与非牛顿流体的主要区别是什么, [2] 浓溶液的浓度对测量结果
有什么影响,。