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第三章 压力型毛细管流变仪 3-1 概述 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 -2 5 -1 简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率g ：10 ～10 s ) 。毛细管流变仪可分为两类：一类 是压力型 细管流变仪，通常简称为 细管流变仪；另一类是重力型 细管流变仪，如乌氏 粘度计（参见第九章）。压力型 细管流变仪既可以测定聚合物熔体在 细管中的剪切应力 和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观，在 定应力下通过改变 细管的长径 比来研究熔体的弹性和不稳定流动(包括熔体破裂)现象，从而预测聚合物的加工行为，作为 选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；此外，还可为高分子加工 机械和成型模具的辅助设计提供基本数据，并可用作聚合物大分子结构表征研究的辅助手 段。 根据测量对象的不同，压力型毛细管流变仪又可分为 压型和 速型两类。 压型毛细 管流变仪的柱塞前进压力 定，待测量为物料的挤出速度； 速型毛细管流变仪的柱塞前进 速率 定，待测量为毛细管两端的压力差。 速型的物料流动速率可由柱塞的前进速率得到， 其压力可由柱塞上的负荷单元(Instron 流变仪)或料筒壁上的压力传感器(Gottfert 流变仪)测 得。本章将讨论 速型压力型毛细管流变仪的测量原理与应用。 压力型 细管流变仪的构造见图3-1，其 心部件是位于料筒下部的给定长径比的毛细 管；料筒周围为 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，在柱塞高压作用下从 细管中挤出，由此可测量物料的粘弹性。 ①—毛细管 ②—物料 ③—柱塞 ④—料筒 ⑤—热电偶 ⑥—加热线圈 ⑦—加热片 ⑧—支架 ⑨—负荷 ⑩—仪器支架 图3- 1 压力型 细管流变仪( 速型) 的构造示意图 物料从直径宽大的料筒经挤压通过有一定入口角的入口区进入 细管，然后从出口挤 出，其流动状况发生巨大变化。入口区附近物料有明显的流线收敛现象，这将对刚刚进入 细管的物料的流动产生较大影响。物料在进入毛细管一段距离之后才能得到充分发展，成为 稳定的流动。而在出口区附近，由于约束消失，聚合物熔体表现出挤出胀大现象，流线又随 之发生变化。因此，物料在 细管中的流动可分为三个区域：入口区、完全发展的流动区、 出口区( 图3-2) 。图中L 为毛细管的总长度，P1 为柱塞杆对聚合物熔体所施加的压力，P0 为 29 大气压，Pe 为出口处的熔体压力。 P1 L P1 完全发展的流动区 e R 出口区 0 入口区 Pe