流變儀,即用于測定 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的儀器。分為旋轉流變儀、毛細管流變儀、轉矩流變儀和界面流變儀。下面零點一度來詳解流變儀的分類。
1、旋轉流變儀
A:控制應力型:
目前使用最多的是德、美國、英、奧地利等國家的流變儀。其馬達大多采用異步交流馬達,慣量小,特別適合于低粘度的樣品測試;另也有流變儀如美國部分公司采用永磁體直流馬達,但從原理上響應速度快,是應力型流變儀的一種發(fā)展方向。這一類型的流變儀,采用馬達帶動夾具給樣品施加應力,同時用光學解碼器測量產生的應變或轉速,并在大扭矩測量方面不會產生大量的熱,不會產生信號漂移。
控制應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:控制應變型:
目前美國有公司使用單純的控制應變型流變儀,這種流變儀直流馬達安裝在底部,通過夾具給樣品施加應變,樣品上部通過夾具連接倒扭矩傳感器上,測量產生的應力;這種流變儀只能做單純的控制應變實驗,原因是扭矩傳感器在測量扭矩時產生形變,需要一個再平衡的時間,因此反應時間就比較慢,這樣就無法通過回饋循環(huán)來控制應力。但奧地利公司則對流變儀采用其他控制系統(tǒng),保證應變波形不受影響。
控制應變的流變儀由于硬件復雜,只有幾種功能附件可供選擇。
2、毛細管流變儀
毛細管流變儀可以測定塑料加工工藝的剪切速率和溫度條件下,測定剪切應力作用下熔體流動性,包括表征壁黏附的熱塑性塑料;熱固性塑料的表征。
毛細管流變儀主要用于高聚物材料熔體流變性能的測試工作原理是,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)格的毛細管口模(有不同直徑0.25~2mm和不同長度的0.25~40mm),溫度穩(wěn)定后,料桶上部的料桿在驅動馬達的帶動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管口模種擠出來。在擠出的過程中,可以測量出毛細管口模入口出的壓力,在結合已知的速度參數、口模和料桶參數、以及流變學模型,從而計算出在不同剪切速率下熔體的剪切粘度。
毛細管流變儀設備功能及特點:
(1)、毛細管流變儀為計算機測控智能化恒壓式毛細管流變儀,能在恒壓下和恒速度下工作,通過計算機測定各種壓力作用下的各種規(guī)格毛細管在不同的升溫速率下、不同溫度時的擠出速度。通過計算機,記錄擠出速度、壓力和加熱溫度。自動處理成粘度數。并繪制曲線,打印完整報告單。
(2)、毛細管流變儀為測定高分子材料的流動性和固化速度。測定高分子材料熔體的粘度及粘流活化性,還能進行研究熔融紡絲的工藝條件。
(3)、毛細管流變儀可以測定高聚物的軟化點、熔點、流動點、粘度粘流活化能,熱固性材料的固化溫度等性能指標。
(4)、控溫系統(tǒng)及控制方式性能優(yōu)越,利于測定不同溫度下高分子材料的變化及相關性能。此儀器用計算機控制并繪制試驗曲線,顯試時時曲線變化,并得出的agen-poiseuille、Rabinowitsch、meltflowrute等方程數據。
(5)、毛細管流變儀采用負荷加載,設計合理,計算機控制并實現(xiàn)負荷連續(xù)加載,控制精度高,穩(wěn)定性能好。毛細管流變儀可繪制高分子材料的應力應變曲線、塑化曲線,測定軟化點、熔融點、流動點的溫度。并繪制曲線,打印完整報告單。
3、 轉矩流變儀
實際上是在實驗型擠出機的基礎上,配合毛細管、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程中的一些參數,這種設備相當于聚合物加工的小型實驗設備,與材料的實際加工過程更為接近,主要用于與實際生產接近的研究領域。
轉矩流變儀的主要功能及應用:
轉矩流變儀是全部過程由計算機測控,采用了大規(guī)模集成塊,數據采集、控制以及實驗數據的處理均由相應軟件完成的儀器,這不僅表現(xiàn)為儀器操作方便、控制精確、實驗數據處理及結果輸出快捷高效,更重要的是,在軟件的支持下,完成傳統(tǒng)轉矩流變儀不能完成的功能,例如,線性升速測量材料的剪切敏感特性,粘度譜測量過程中的壓力入口校正和非牛頓流體校正等。
可以用來研究熱塑性材料的熱穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性、流動和塑化行為,其最大特點是能在類似實際加工過程中連續(xù)準確可靠地對體系的流變性能進行測定,還可以完成熱固性材料的固化特性測試。對教學、科研和新材料的開發(fā)和生產工藝條的確定有很大的價值。
近年來,計算機測控技術產生了巨大進步,我們將更多的新技術融入到塑化儀測試技術之中,特別是Windows操作系統(tǒng)給PC機信息處理能力帶來的革命性變化,數據采集、控制以及實驗數據的處理均由相應的軟件完成,可形成柔性強,信息管理和處理能力強等諸多特點,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、實驗數據處理及結果輸出快捷高效,并能對材料表觀粘度與剪切速率關系測量過程中進行口模校正。
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,是流變測試中最難以準確實現(xiàn)的一個領域,還沒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、同軸圓筒式和毛細管式。
(1)錐板式為精密流變儀,可測多種材料函數,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,適合低黏、低彈性流體。
測定高聚物剪切黏度和流動性的儀器有以下幾類:落球型、轉動型(包括各種改良型門尼黏度儀),振蕩型(扭轉振動流變儀和圓盤振蕩流變儀)、混煉機型[塑性計]和毛細管擠出型(毛細管流變儀和加工性能測定儀)等。上述各種流變儀和測定方法各有其優(yōu)缺點和適用范圍,可互相補。
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