01.概述:旋轉(zhuǎn)流變儀是當今較為通用的流變測定工具,可針對多種不同的流變測量方法進行配置,以探測懸浮體的構(gòu)造和性能。從生成材料在數(shù)十種扭矩下的簡單粘性流動曲線(粘度與剪切力曲線圖)到測量屈服應(yīng)力,再到用于模擬食物咀嚼過程的序列,旋轉(zhuǎn)流變儀可用于多種測試類型。
02.工作原理:在兩個測量板或其他相似的幾何形狀板(如錐板或杯和轉(zhuǎn)子系統(tǒng))之間加載樣品。當在上平板施加一個扭矩時,就會在材料上產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力,并測得所形成的應(yīng)變或應(yīng)變速率(切變速率)。旋轉(zhuǎn)流變儀與粘度計的工作原理相同,但前者的功能要強大得多。其中為顯著的就是前者在施加剪切應(yīng)力時精度更高、范圍更廣;前者擁有振蕩測試功能;以及在旋轉(zhuǎn)試驗過程中,對所施加的法向力的控制度更高。
旋轉(zhuǎn)流變儀可用于測量從膏狀物和凝膠到構(gòu)造弱的液體在內(nèi)的多種樣品類型。即使在剪切應(yīng)力極低的區(qū)域,仍能夠控制所施加的剪切力,因此這些儀器適合執(zhí)行穩(wěn)定性研究以及測量屈服應(yīng)力。不過,旋轉(zhuǎn)流變儀針對數(shù)十種扭矩下的使用情形進行了優(yōu)化,而未針對區(qū)分低粘度弱構(gòu)造流體的粘度進行優(yōu)化。此外,當切變速率超過1000 s-1時,旋轉(zhuǎn)流變儀會在高剪切區(qū)面臨機械約束。借助這些先進復(fù)雜的儀器,可以確保測試方法與產(chǎn)品的特定加工流程或使用環(huán)境密切匹配。內(nèi)置的創(chuàng)新軟件非常有用,即使剛?cè)腴T的流變學(xué)家也能夠生成并解讀數(shù)據(jù)。
03.測量系統(tǒng):旋轉(zhuǎn)流變儀根據(jù)其等級大致可以劃分為兩種,一種是以機械軸承馬達為核心測量結(jié)構(gòu)的低等級旋轉(zhuǎn)流變儀,基本要求是可以進行連續(xù)的轉(zhuǎn)速控制,一般只具有穩(wěn)態(tài)測量功能,可以測量黏度η、流動曲線、屈服應(yīng)力、觸變性等流變學(xué)特性,但測量范圍比較小。
另一種是以空氣軸承馬達為核心測量結(jié)構(gòu)的高等級旋轉(zhuǎn)流變儀,基本要求是可以進行連續(xù)的轉(zhuǎn)速控制、可以產(chǎn)生正弦波應(yīng)變或應(yīng)力,具有穩(wěn)態(tài)測量、動態(tài)測量、瞬態(tài)測量功能,可以測量黏度、流動曲線、屈服應(yīng)力、觸變性、復(fù)數(shù)模量G*、儲能模量G'、損耗模量G"、Tanδ、應(yīng)力松弛、蠕變等流變學(xué)特性,測量范圍比較寬。
旋轉(zhuǎn)流變儀測量系統(tǒng):在穩(wěn)定或變速情況下測量扭矩,用夾具因子將物理量轉(zhuǎn)化為流變學(xué)的參數(shù)。
測試條件:
?。?)粘度計或流變儀測量的邊界條件有以下幾種
1.流動必須是層流
2.測試過程必須是穩(wěn)態(tài)流動
3.樣品與轉(zhuǎn)子之間沒有滑移
4.樣品是均勻的
5.測試過程樣品沒有物理或化學(xué)性能的變化
6.注意樣品彈性的影響
?。?)旋轉(zhuǎn)測試:測量結(jié)果分為相對粘度與絕對粘度兩種。
1.相對粘度:測量方式以時間或其它物理量表示只能用牛頓體標定。任何可讀的量(時間,距離,角度)與標準粘度樣品的比率,測試參數(shù)(轉(zhuǎn)子,速度,裝樣量)必須嚴格遵守一樣的測試條件。
2.絕對粘度:絕對粘度=剪切應(yīng)力/剪切速率;
a.平行板(直線運動)
b.同心圓筒
c.毛細管
d.錐/平板或平行板(旋轉(zhuǎn))
?。?)旋轉(zhuǎn)流變儀的控溫系統(tǒng):旋轉(zhuǎn)流變儀具有多種控溫系統(tǒng)可選,等級越高的流變儀可選的控溫系統(tǒng)越多,溫度范圍越寬;低等級旋轉(zhuǎn)流變儀一般使用液體循環(huán)器作為控溫設(shè)備,高等級旋轉(zhuǎn)流變儀一般可選半導(dǎo)體控溫、電加熱控溫、對流輻射爐控溫等,一般適用范圍大致如下:
半導(dǎo)體控溫(Peltier):一般在200℃以下,是使用廣泛、方便的控溫方式;
電加熱控溫:一般在400℃以下,應(yīng)用于聚合物熔體等材料的測試;
對流輻射控溫爐:一般可達到600℃,低溫可達-150℃左右,特殊的可達1000℃,主要應(yīng)用于高溫熔體、固體、玻璃熔體、低溫合金熔體等材料;