流變第七八節(jié)課 (1)課件

流變測量學

毛細管流變儀的測量原理和應用(一)提綱流變測量學概述流變測量的基礎理論--流變表征的三種方法總結毛細管流變儀的原理流變測量學概述流變測量學的目的具體任務高分子流體流變測量方法的分類常用高分子流體流變測量儀器的類型流變學測量的目的①物料的流變學表征。是最基本的流變測量任務；通過測量掌握物料的流變性質與體系的組分、結構及測試條件的關系，為材料設計、配方設計、工藝設計提供基礎數(shù)據(jù)，控制、達到期望的加工流動性和主要物理力學性能。②工程的流變學研究和設計的需要。借助流變測量研究聚合反應工程，高分子加工工程及加工設備、模具設計制造中的流場及溫度場分布，確定工藝參數(shù)，研究極限流動條件及其與工藝過程的關系，為實現(xiàn)工程優(yōu)化，完成設備與模具CAD設計提供定量依據(jù)。③檢驗和指導流變本構方程理論的發(fā)展。這是流變測量的最高級任務，這種測量必須是科學的，經(jīng)得起驗證的，通過測量，獲得材料真實的粘彈性變化規(guī)律及與材料結構參數(shù)的內在聯(lián)系，檢驗本構方程的優(yōu)劣。任務①理論上，要建立各種邊界條件下的可測之變量（如壓力、扭矩、轉速、頻率、線速度、流量、溫度等）與描述材料流變性質但又不能直接測量的物理量（如應力、應變、應變速率、粘度、模量、法向應力差系數(shù)等）間的恰當聯(lián)系，分析各種流變測量實驗的科學意義，估計引入的誤差。②實驗技術上，要能夠完成很寬的粘彈性變化范圍內（往往跨越幾個乃至十幾個數(shù)量級的變化范圍），針對從稀溶液到熔體等不同高分子狀態(tài)的體系的粘彈性測量，并使測得的量值盡可能準確地反映體系真實的流變特性和工程的實際條件。這兩項任務都是相當艱巨的。高分子流體流變測量方法的分類根據(jù)物料的形變歷史分類，流變測量可分為：穩(wěn)態(tài)流變實驗——剪切速率場、溫度場恒為常數(shù)，不隨時間變化；動態(tài)流變實驗——應力和應變場交替變化，振幅小，正弦規(guī)律變化；瞬態(tài)流變實驗——應力或應變階躍變化，相當于突然的起始流或終止流。常用高分子流體流變測量儀器的類型①毛細管型流變儀，根據(jù)測量原理不同又可分為恒速型（測壓力）和恒壓力型（測流速）兩種。通常的高壓毛細管流變儀多為恒速型；塑料工業(yè)中常用的熔融指數(shù)儀屬恒壓力型毛細管流變儀的一種。②轉子型流變儀，根據(jù)轉子幾何構造的不同又分為錐—板型、平行板型（板—板型）、同軸圓筒型等。橡膠工業(yè)中常用的門尼粘度計可歸為一種改造的轉子型流變儀。常用高分子流體流變測量儀器的類型③混煉機型轉矩流變儀，實際上是一種組合式轉矩測量儀。除主機外，帶有一種小型密煉器和小型螺桿擠出機及各種口模。優(yōu)點在于其測量過程與實際加工過程相仿，測量結果更具工程意義。常見的有Brabender公司和Haake公司生產(chǎn)的塑性計。④振蕩型流變儀，用于測量小振幅下的動態(tài)力學性能，其結構同轉子型流變儀。只是通過改造控制系統(tǒng)，使其轉子不是沿一個方向旋轉，而是作小振幅的正弦振蕩。DMA、旋轉流變儀流變測量的基礎理論--流變表征的三種方法復習1.穩(wěn)態(tài)粘彈性——簡單剪切流動

2.動態(tài)粘彈性——小振幅振動剪切流動

3.瞬態(tài)粘彈性——瞬態(tài)剪切流動①應力松弛②蠕變：蠕變松弛時間一般較短，所以隨著時間的延長，后續(xù)流動主要表現(xiàn)為粘性流動。③階越應變速率——應力增長毛細管流變實驗原理及應用毛細管流變儀是目前發(fā)展得最成熟、應用最廣的流變測量儀之一，其主要優(yōu)點在于操作簡單，測量準確，測量范圍寬（剪切速率：10-2~105s-1）。毛細管流變儀可分為兩類：一類是壓力型毛細管流變儀，通常簡稱為毛細管流變儀；另一類是重力型毛細管流變儀，如烏氏粘度計。壓力型毛細管流變儀既可以測定聚合物熔體在毛細管中的剪切應力和剪切速率的關系，又可以根據(jù)擠出物的直徑和外觀以及在恒定應力下通過改變毛細管的長徑比來研究熔體的彈性和不穩(wěn)定流動（包括熔體破裂）現(xiàn)象，從而預測聚合物的加工行為，作為選擇復合物配方，尋求最佳成型工藝條件和控制產(chǎn)品質量的依據(jù)；此外，還可為高分子材料加工機械和成型模具的輔助設計提供基本數(shù)據(jù)，并可用作聚合物大分子結構表征研究的輔助手段。A剪切應力分析：管壁處的剪切應力為：

牛頓流體應力分析：壓力校正Bagley校正：雙料桶校正：第八節(jié)課

毛細管流變儀的原理及應用(二)B剪切速率分析：對于牛頓流體，有（僅僅適用于牛頓流體，也稱為表觀剪切粘度）對于冪律非牛頓流體：對于一般流體此式稱Rabinowich-Mooney公式。A聚合物熔體剪切粘度的研究B流動曲線的時溫疊加C拉伸粘度的表征（入口壓力降）D聚合物熔體的彈性研究（由末端校正計算熔體彈性；法向應力差的計算；擠出脹大比的研究）E熔體滑移的表征毛細管流變儀的應用A聚合物熔體剪切粘度的研究

最廣泛的應用是測定零剪切粘度以及剪切粘度與剪切速率的關系。通過測定零剪切粘度隨各種聚合物分子結構參數(shù)（如分子量、分子量分布、枝化程度）與流場參數(shù)（如剪切速率、溫度、壓力）的變化值，即可建立它們之間的定量關系式，得到理論模型的各項常數(shù)。B流動曲線的時溫疊加C拉伸粘度的表征（入口壓力降）零長毛細管直接測量得到入口壓力降；兩根不同長度的毛細管的壓力直接相減得到入口壓力降。D聚合物熔體的彈性研究由末端校正計算熔體彈性；法向應力差的計算；擠出脹大比的研究。由末端校正計算熔體彈性為可恢復剪切形變?yōu)榻忉屨硰椥粤黧w的末端校正值，Philippoff和Gaskins基于入口區(qū)的力學平衡，提如如下關系：是Co