Chapter 6 流变仪的基本原理及应用.pptVIP

转矩流变仪 * 4、高分子交联过程的研究 聚合物发生交联反应时，其分子链由线性结构转变成为三维的网状结构，体系的粘度增大，转矩也随之升高，因此可采用转矩曲线出现上升作为交联反应开始的标志。 此外，转矩上升的速率可以反映交联反应速率的快慢。 转矩流变仪 * 仅仅加入0.5%的塑解剂就可大大促进橡胶分子链的断裂，降低塑炼所需的能量。 此方法优点：样品用量少，减小了实验费用； 可用塑炼所需的能量等参数对塑炼工艺进行优化。 天然橡胶素炼时的转矩曲线 未加塑解剂 加入塑解剂 5、橡胶素炼过程的模拟 * * * 旋转流变仪 * 第一法向应力差的测量： 动力学方程的r 分量可以表示为： 法向应力表达式可以化简为： 第一法向应力差： 旋转流变仪 * 平行板 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，减少了惯性校正，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。 (ii) 因为平行板上轴向力与第一法向应力差和第二法向应力差(分别为1 N 和2 N )的差成正比，而不是像在锥板中与第一法向应力差成正比，因此可以结合平行板结构与锥板结构来测量流体的第二法向应力差。 (iii) 平行板结构可以更方便地安装光学设备和施加电磁场。 (iv) 在一些研究中，剪切速率是一个重要的独立变量。平行板中剪切速率沿径向的分布可以使剪切速率的作用在同一个样品中得到表现。 (v) 对于填充体系，板间距可以根据填料的大小进行调整。因此平行板更适用于测量聚合物共混物和多相聚合物体系(复合物和共混物)的流变性能。 (vi) 平的表面比锥面更容易进行精度检查。 (vii) 通过改变间距和半径，可以系统的研究表面和末端效应。 (viii) 平行板的表面更容易清洗。 平行板结构的优点： 旋转流变仪 * 流体 ? z r R h 平行板结构 稳态条件下的速度分布为 剪切速率可以表示为 旋转流变仪 * 对于非牛顿流体，因为剪切速率随径向位置而变化，粘度不再与扭矩成正比。因此需要进行Robinowitsh 型的推导。 扭矩： 对γ求导，并利用Leibnitz 法则，可以得到 最终的粘度表示 黏度的测量： 旋转流变仪 * 动力学方程的r 分量可以表示为 第一法向应力差可以通过近似结果计算 第一法向应力差的测量： 旋转流变仪 * 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： 2、从平行板的测量结果可以得到法向应力差： 第二法向应力差的测量： 旋转流变仪 * 同轴圆筒 L KR R ? 同轴圆筒流变仪的示意图 KR R V? 同轴圆筒间的流动 W KR 内筒静止 1、基本结构 旋转流变仪 * 内筒壁上的剪切速率和外筒壁上的剪切速率确定的粘度 施加于外圆筒上的扭矩 2、黏度的测量 旋转流变仪 * 假设应力张量可以写作 动量方程在r 方向上可以简化为 积分并简化得 3、第一法向应力差的测量 旋转流变仪 * 测量系统的选择 旋转流变仪 * 旋转流变仪 * 1、稳态模式 HDPE的稳态剪切粘度 测量模式的选择 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。 b、触变循环 触变循环对材料施加线性增大或减小的稳态剪切速率，可以反映材料在不断变化的剪切速率下的粘度变化，因此也就可以反映出材料结构随剪切速率变化的规律。 旋转流变仪 * 2、瞬态模式 a、阶跃应变速率扫描 阶跃应变速率测试可以用来确定： ①恒定温度下的应力增长和松弛过程； ②稳态剪切后的松弛过程。 旋转流变仪 * b、应力松弛 应力松弛施加并维持一个瞬态形变(阶跃应变)，测量维持这个应变所需的应力随时间的变化。 施加阶跃应变后的应力松弛过程 旋转流变仪 * c、蠕变 蠕变实验正好与应力松弛相反，它给样品施加恒定的应力，测量样品的应变随时间的变化。 对分子量分布，特别是高分子量的部分，很敏感。它也提供了关于末端松弛时间的重要信息，可以看成是存储能量的一种表示，因此它对挤出和模压过程很重要。 蠕变 恢复 可恢复应变 ?0=应力/斜率 Je0=可恢复应变/应力 时 间 应变 蠕变/恢复曲线 蠕变实验也可以用来测量材料的粘度，只要将施加的应力除以剪切速率。 优点：可以得到比动态或稳态方法更低的剪切速率。这