流變儀,即用于測(cè)定 聚合物熔體、聚合物溶液 、懸浮液 、乳液 、涂料 、油墨和食品等流變性質(zhì)的儀器。分為旋轉(zhuǎn)流變儀、毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀和界面流變儀。下面零點(diǎn)一度來(lái)詳解流變儀的分類。
1、旋轉(zhuǎn)流變儀
A:控制應(yīng)力型:
目前使用最多的是德、美國(guó)、英、奧地利等國(guó)家的流變儀。其馬達(dá)大多采用異步交流馬達(dá),慣量小,特別適合于低粘度的樣品測(cè)試;另也有流變儀如美國(guó)部分公司采用永磁體直流馬達(dá),但從原理上響應(yīng)速度快,是應(yīng)力型流變儀的一種發(fā)展方向。這一類型的流變儀,采用馬達(dá)帶動(dòng)夾具給樣品施加應(yīng)力,同時(shí)用光學(xué)解碼器測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)變或轉(zhuǎn)速,并在大扭矩測(cè)量方面不會(huì)產(chǎn)生大量的熱,不會(huì)產(chǎn)生信號(hào)漂移。
控制應(yīng)力的流變儀由于有較大的操作空間,可以連接更多的功能附件。
B:控制應(yīng)變型:
目前美國(guó)有公司使用單純的控制應(yīng)變型流變儀,這種流變儀直流馬達(dá)安裝在底部,通過(guò)夾具給樣品施加應(yīng)變,樣品上部通過(guò)夾具連接倒扭矩傳感器上,測(cè)量產(chǎn)生的應(yīng)力;這種流變儀只能做單純的控制應(yīng)變實(shí)驗(yàn),原因是扭矩傳感器在測(cè)量扭矩時(shí)產(chǎn)生形變,需要一個(gè)再平衡的時(shí)間,因此反應(yīng)時(shí)間就比較慢,這樣就無(wú)法通過(guò)回饋循環(huán)來(lái)控制應(yīng)力。但奧地利公司則對(duì)流變儀采用其他控制系統(tǒng),保證應(yīng)變波形不受影響。
控制應(yīng)變的流變儀由于硬件復(fù)雜,只有幾種功能附件可供選擇。
2、毛細(xì)管流變儀
毛細(xì)管流變儀可以測(cè)定塑料加工工藝的剪切速率和溫度條件下,測(cè)定剪切應(yīng)力作用下熔體流動(dòng)性,包括表征壁黏附的熱塑性塑料;熱固性塑料的表征。
毛細(xì)管流變儀主要用于高聚物材料熔體流變性能的測(cè)試工作原理是,物料在電加熱的料桶里被加熱熔融,料桶的下部安裝有一定規(guī)格的毛細(xì)管口模(有不同直徑0.25~2mm和不同長(zhǎng)度的0.25~40mm),溫度穩(wěn)定后,料桶上部的料桿在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的帶動(dòng)下以一定的速度或以一定規(guī)律變化的速度把物料從毛細(xì)管口模種擠出來(lái)。在擠出的過(guò)程中,可以測(cè)量出毛細(xì)管口模入口出的壓力,在結(jié)合已知的速度參數(shù)、口模和料桶參數(shù)、以及流變學(xué)模型,從而計(jì)算出在不同剪切速率下熔體的剪切粘度。
毛細(xì)管流變儀設(shè)備功能及特點(diǎn):
(1)、毛細(xì)管流變儀為計(jì)算機(jī)測(cè)控智能化恒壓式毛細(xì)管流變儀,能在恒壓下和恒速度下工作,通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)定各種壓力作用下的各種規(guī)格毛細(xì)管在不同的升溫速率下、不同溫度時(shí)的擠出速度。通過(guò)計(jì)算機(jī),記錄擠出速度、壓力和加熱溫度。自動(dòng)處理成粘度數(shù)。并繪制曲線,打印完整報(bào)告單。
(2)、毛細(xì)管流變儀為測(cè)定高分子材料的流動(dòng)性和固化速度。測(cè)定高分子材料熔體的粘度及粘流活化性,還能進(jìn)行研究熔融紡絲的工藝條件。
(3)、毛細(xì)管流變儀可以測(cè)定高聚物的軟化點(diǎn)、熔點(diǎn)、流動(dòng)點(diǎn)、粘度粘流活化能,熱固性材料的固化溫度等性能指標(biāo)。
(4)、控溫系統(tǒng)及控制方式性能優(yōu)越,利于測(cè)定不同溫度下高分子材料的變化及相關(guān)性能。此儀器用計(jì)算機(jī)控制并繪制試驗(yàn)曲線,顯試時(shí)時(shí)曲線變化,并得出的agen-poiseuille、Rabinowitsch、meltflowrute等方程數(shù)據(jù)。
(5)、毛細(xì)管流變儀采用負(fù)荷加載,設(shè)計(jì)合理,計(jì)算機(jī)控制并實(shí)現(xiàn)負(fù)荷連續(xù)加載,控制精度高,穩(wěn)定性能好。毛細(xì)管流變儀可繪制高分子材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線、塑化曲線,測(cè)定軟化點(diǎn)、熔融點(diǎn)、流動(dòng)點(diǎn)的溫度。并繪制曲線,打印完整報(bào)告單。
3、 轉(zhuǎn)矩流變儀
實(shí)際上是在實(shí)驗(yàn)型擠出機(jī)的基礎(chǔ)上,配合毛細(xì)管、密煉室、單雙螺桿、吹膜等不同模塊,模擬高聚物材料在加工過(guò)程中的一些參數(shù),這種設(shè)備相當(dāng)于聚合物加工的小型實(shí)驗(yàn)設(shè)備,與材料的實(shí)際加工過(guò)程更為接近,主要用于與實(shí)際生產(chǎn)接近的研究領(lǐng)域。
轉(zhuǎn)矩流變儀的主要功能及應(yīng)用:
轉(zhuǎn)矩流變儀是全部過(guò)程由計(jì)算機(jī)測(cè)控,采用了大規(guī)模集成塊,數(shù)據(jù)采集、控制以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理均由相應(yīng)軟件完成的儀器,這不僅表現(xiàn)為儀器操作方便、控制精確、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出快捷高效,更重要的是,在軟件的支持下,完成傳統(tǒng)轉(zhuǎn)矩流變儀不能完成的功能,例如,線性升速測(cè)量材料的剪切敏感特性,粘度譜測(cè)量過(guò)程中的壓力入口校正和非牛頓流體校正等。
可以用來(lái)研究熱塑性材料的熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性、流動(dòng)和塑化行為,其最大特點(diǎn)是能在類似實(shí)際加工過(guò)程中連續(xù)準(zhǔn)確可靠地對(duì)體系的流變性能進(jìn)行測(cè)定,還可以完成熱固性材料的固化特性測(cè)試。對(duì)教學(xué)、科研和新材料的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝條的確定有很大的價(jià)值。
近年來(lái),計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)產(chǎn)生了巨大進(jìn)步,我們將更多的新技術(shù)融入到塑化儀測(cè)試技術(shù)之中,特別是Windows操作系統(tǒng)給PC機(jī)信息處理能力帶來(lái)的革命性變化,數(shù)據(jù)采集、控制以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理均由相應(yīng)的軟件完成,可形成柔性強(qiáng),信息管理和處理能力強(qiáng)等諸多特點(diǎn),使用極其方便并能獲得更多的合成材料的物性信息。這不僅表現(xiàn)為儀器操作方便、控制精確、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出快捷高效,并能對(duì)材料表觀粘度與剪切速率關(guān)系測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行口模校正。
4、界面流變儀
這種流變儀有振蕩液滴、振蕩剪切等幾種原理,是流變測(cè)試中最難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)的一個(gè)領(lǐng)域,還沒(méi)有一種特別好而又通用的方法。
典型的界面流變儀主要有錐板式、平行板式、同軸圓筒式和毛細(xì)管式。
(1)錐板式為精密流變儀,可測(cè)多種材料函數(shù),適用于較高黏度的高分子溶液和熔體。
(2)平行板式為錐板式的附件,作為補(bǔ)充適于較黏高分子溶液熔體和多相體系。
(3)同軸圓筒式為便易黏度計(jì),適合低黏、低彈性流體。
測(cè)定高聚物剪切黏度和流動(dòng)性的儀器有以下幾類:落球型、轉(zhuǎn)動(dòng)型(包括各種改良型門尼黏度儀),振蕩型(扭轉(zhuǎn)振動(dòng)流變儀和圓盤振蕩流變儀)、混煉機(jī)型[塑性計(jì)]和毛細(xì)管擠出型(毛細(xì)管流變儀和加工性能測(cè)定儀)等。上述各種流變儀和測(cè)定方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,可互相補(bǔ)。
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