流变分析.ppt

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第六篇第六篇流变性能分析流变性能分析高分子材料分析高分子材料分析14.114.1流变学基础知识流变学基础知识14.214.2旋转式流变仪旋转式流变仪14.314.3毛细管流变仪毛细管流变仪14.414.4转矩流变仪转矩流变仪14.514.5流变仪的选择流变仪的选择高分子材料分析高分子材料分析第十四章第十四章流变性能分析流变性能分析14.114.1流变学基础知识流变学基础知识研究物质的流动与形变的科学。

研究物质的流动与形变的科学。

高分子材料分析高分子材料分析物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。

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即用一些参数把应力（）和应变和应变（）的关系表示的关系表示为流变方程式。

为流变方程式。

流变特性：

流变特性：

牛顿粘性定律牛顿粘性定律剪切速率剪切速率流体分类流体分类:

粘性流体分为：

牛顿流体粘性流体分为：

牛顿流体非牛顿流体：

宾汉流体非牛顿流体：

宾汉流体假塑流体假塑流体胀塑流体胀塑流体高分子材料分析高分子材料分析E宾汉流体胀塑流体牛顿流体y剪切速率屈服胀塑流体非依时性流体非依时性流体的流动曲线的流动曲线屈服应力假塑流体屈服假塑流体幂律定律：

幂律定律：

做做曲线，可以求出曲线，可以求出nnn=1,n=1,牛顿流体牛顿流体n1n1，胀塑流体胀塑流体n1n1，假塑流体假塑流体高分子材料分析高分子材料分析非依时性流体，非依时性流体，粘度粘度不随时不随时间变化间变化两类依时性的流变行为：

两类依时性的流变行为：

触变流体触变流体随时间增加，粘度下降；随时间增加，粘度下降；流凝流体流凝流体随时间增加，粘度增大；随时间增加，粘度增大；（震凝体）（震凝体）高分子材料分析高分子材料分析粘度粘度的的表示：

表示：

习惯用泊、厘泊表示：

习惯用泊、厘泊表示：

高分子材料分析高分子材料分析牛顿型流体牛顿型流体常见物质常见物质2020的粘度：

的粘度：

水水1.0cp1.0cp血液血液374-15cp374-15cp汽油汽油0.65cp0.65cp蜂蜜蜂蜜101044cpcp水银水银15cp15cp沥青沥青101088cpcp高分子材料分析高分子材料分析l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。

表观粘度表观粘度：

连接原点和给定连接原点和给定减切速率在曲线减切速率在曲线上的对应点所做上的对应点所做割线的斜率。

割线的斜率。

稠度：

稠度：

选定剪切速率在选定剪切速率在曲线上的对应点曲线上的对应点对该曲线所做切对该曲线所做切线的斜率。

线的斜率。

初始粘度：

初始粘度：

零切变粘度零切变粘度高分子材料分析高分子材料分析仪仪器器测测试试1.1.旋转式流变仪器旋转式流变仪器同轴同轴圆筒粘度计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。

据转矩与转速的关系，测定粘度。

应力：

应力：

粘度：

粘度：

高分子材料分析高分子材料分析高分子材料分析高分子材料分析锥板粘度计锥板粘度计高剪切速率样品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。

锥角聚合物熔体被放置在锥板和圆形平板之间的缝隙内。

锥角指指的的是锥体表面和水平板表面间的夹角。

是锥体表面和水平板表面间的夹角。

平行平板粘度计平行平板粘度计高粘度样品高粘度样品固定一个平板固定一个平板,另一个平板作另一个平板作相对转动相对转动,聚合物样品被放置聚合物样品被放置在上下两个平行平板之间。

在上下两个平行平板之间。

门尼粘度计门尼粘度计橡胶粘度橡胶粘度在在一定温度和一定转子转速一定温度和一定转子转速下，测定未硫化胶对转子转下，测定未硫化胶对转子转动的阻力。

动的阻力。

高分子材料分析高分子材料分析旋转式流变仪应用旋转式流变仪应用表征流体粘度与温度的关系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通过流变曲线判定流体的类别法向应力差的测定法向应力差的测定高分子材料分析高分子材料分析韦森堡效应韦森堡效应爬杆效应爬杆效应2.2.毛细管流变仪毛细管流变仪熔融指数仪熔融指数仪-固定压力型固定压力型将高聚物在柱状储料器中加热到一定温度，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。

单位时间流出的从长度很短的毛细管中流出。

单位时间流出的高聚物重量（高聚物重量（gg数）即为熔融指数数）即为熔融指数-MI-MI。

高分子材料分析高分子材料分析MI单位：

g/10min熔融指数越大，流动性越好，粘度越低。

熔融指数越大，流动性越好，粘度越低。

测试条件必须一致测试条件必须一致MI温度/负荷量熔融指数高注射成型注射成型熔融指数低挤出成型挤出成型熔融指数介于两者之间吹塑成型吹塑成型可变压力型毛细管流变仪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。

物熔体发生流动。

高分子材料分析高分子材料分析乌氏粘度计乌氏粘度计测定特性粘度测定特性粘度毛细管流变仪应用毛细管流变仪应用研究流变性质与分子结构的关系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聚合物粘弹性的研究研究不同材料对温度的敏感性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剪切诱导结晶与压力突增现象高分子材料分析高分子材料分析研究流变性质与分子结构的关系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研究添加剂对原材料流变性能的影响P168图194和图195l挤出胀大效应3.3.转矩流变仪转矩流变仪-用于评价高聚物熔体的流动性能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（gm）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高分子材料分析高分子材料分析仪器结构、组成仪器结构、组成主体部分：

电机、齿轮变速箱、主体部分：

电机、齿轮变速箱、转矩传感器转矩传感器测量装置测量装置：

密炼式混合密炼式混合测量头，测量头，螺杆挤出式螺杆挤出式测量头测量头控温装置：

热电偶、控温仪表控温装置：

热电偶、控温仪表高分子材料分析高分子材料分析转矩与时间的关系曲线转矩与时间的关系曲线t1:

物料受热压实时间；物料受热压实时间；t2:

塑化时间（熔融软化）；塑化时间（熔融软化）；t3:

达到平衡时间（物料动态稳定）；达到平衡时间（物料动态稳定）；t4:

物料分解物料分解/交联时间；交联时间；M1:

最小转矩；最小转矩；M2:

最大转矩；最大转矩；M3:

平衡转矩平衡转矩可得到的信息：

可得到的信息：

高分子材料分析高分子材料分析l

（1）判断可加工性判断可加工性。

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。

l

（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。

l（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。

l（4）材料的稳定性。

研究分解时间的长短。

l（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。

转矩流变仪的应用：

转矩流变仪的应用：

选择原材料，可判别材料的热稳定性；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；研究共混物的配比以及共混后两相的分布情况；制定工艺配方和工艺条件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；研究聚合物耐热及耐减切稳定性；增塑剂吸收情况的研究；增塑剂吸收情况的研究；热固性树脂固化特性的研究。

热固性树脂固化特性的研究。

高分子材料分析高分子材料分析本章要点：

本章要点：

11、粘性流体的分类及各类流体的特征。

粘性流体的分类及各类流体的特征。

22、粘度的单位换算粘度的单位换算。

33、研究高聚物流变性能主要有哪几类仪器？

各自的特性怎样？

研究高聚物流变性能主要有哪几类仪器？

各自的特性怎样？

44、转矩流变仪能提供哪些信息，有什么作用？

、转矩流变仪能提供哪些信息，有什么作用？

高分子材料分析高分子材料分析