流变性能测试
流变测试原理
流变测试原理
流变测试是一种通过测量物质在力学条件下的流变性质来研究物质性能的方法。
其基本原理是，流变仪施加一定的剪切力或应力，测量物质产生的流变响应，从而表征物质的流变性质。
具体来说，流变测试的原理基于牛顿流体或非牛顿流体的力学原理。
牛顿流体的流动性质可以根据牛顿定律描述，即流体的粘度恒定，流体的切应力与切变速率呈线性关系。
而非牛顿流体的流动性质则更加复杂，例如受力后粘度可以发生改变，切变速率和应力不再呈线性关系。
因此，通过流变测试可以深入了解物质的流变性质，为各种科研和工业应用提供有效的手段。
例如，在润滑剂的研究中，通过流变测试可以研究润滑剂的豁温特性和流变特性，为轴承等机械部件的润滑和摩擦性能提供重要的依据。
以上内容仅供参考，建议查阅流变测试专业书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
流变仪法测定塑料的流变性能实验指导
实验二流变仪法测定塑料熔体的流变性能一、实验目的1.了解转矩流变仪的结构与测定聚合物流变性能的原理。
2.熟悉并掌握在转矩流变仪上测定剪切应力、剪切速率、粘度的方法。
二、实验原理毛细管流变仪是研究聚合物流变性能最常用的仪器之一，具有较宽广的剪切速率范围。
毛细管流变仪还具有多种功能，既可以测定聚合物熔体的剪切应力和剪切速率的关系，又可根据毛细管挤出物的直径和外观及在恒应力下通过改变毛细管的长径比来研究聚合物熔体的弹性和不稳定流动现象。
这些研究为选择聚合物及进行配方设计，预测聚合物加工行为，确定聚合物加工的最佳工艺条件（温度、压力和时间等），设计成型加工设备和模具提供基本数据。
聚合物的流变行为一般属于非牛顿流体，即聚合物熔体的剪切应力与剪切速率之间呈非线性关系。
用毛细管流变仪测试聚合物流变性能的基本原理是：在一个无限长的圆形毛细管中，聚合物熔体在管中的流动是一种不可压缩的粘性流体的稳定层流流动，毛细管两端分压力差为ΔP，由于流体具有粘性，它必然受到自管体与流动方向相反的作用力，根据粘滞阻力与推动力相平衡等流体力学原理进行推导，可得到毛细管管壁处的剪切应力τ和剪切速率γ&与压力、熔体流率的关系。
τ=RΔP/2L γ=4Q/πR3ηa =πR4ΔP/8QL式中R－毛细管半径，cm；L－毛细管长度，cm；ΔP－毛细管两端的压差，Pa；Q－熔体流率，cm3/s；ηa－熔体表观粘度，Pa·s。
在温度和毛细管长径比L/D一定的条件下，测定不同压力ΔP下聚合物熔体通过毛细管的流动速率Q，可计算出相应的τ和γ&，将对应的τ和γ在双对数坐标上绘制τ－γ流动曲线图，即可求得非牛顿指数n和熔体表观粘度ηa。
改变温度和毛细管长径比，可得到代表粘度对温度依赖性的粘流活化能Eη以及离模膨胀比B等表征流变特性的物理参数。
大多数聚合物熔体是属非牛顿流体，在管中流动时具有弹性效应、壁面滑移等特性，且毛细管的长度也是有限的，因此按以上推导测得的结果与毛细管的真实剪切应力和剪切速率有一定的偏差，必要时应进行非牛顿改正和入口改正。
流变性能测试资料
in phase with strain
in phase with strain rate
t
0
0
cos 0
sint
0
sin
0
cost
G' (elastic）
G（" viscous）
动态模量
G’ 为弹性模量，又称为储能模量，代表材 料的弹性； G” 为黏性模量，又称为损耗模量，代表材 料的黏性。 损耗模量对储能模量的比值称为损耗因子 或损耗角正切，即
对材料施加一个正弦形变刺激
(t) 0 sint
其中式中 0 为振幅， 为频率
如果该振幅位于材料的线性黏弹区内，那 么响应的应力也是正弦的，可以写为
t 0 sint
小振幅振荡剪切的数学处理
t 0 sint
0 sintcos 0 costsin
0 cos sint 0sin cost
振荡（动态）测试
时间扫描
测试过程中固定温度、频率和线性黏弹区的应 变或应力的振幅，记录动态模量随时间的变化。 时间扫描主要用于交联（固化）、降解等过程 的表征，。
Time
Strain
蠕变与回复
蠕变与回复就是先对样品施加一段时间的 一阶跃应力然后撤去，记录应变（或柔量） 对时间的变化。
time
stress
平行板夹具的主要缺点是夹具间流场不均 匀的，即剪切速率沿着径向方向线性变化。
旋转流变测试模式
旋转（流动）测试
稳态速率扫描—流动曲线获取
阶梯式地施加不同的剪切速率，记录达到稳态 时的剪切应力和黏度。
time
shear rate
旋转（流动）测试
速率斜坡（瞬态测试）—触变性测试
聚合物流变学流变性能测定
1 n
3 n 1 n
p L
1 n
当n=1,K=
,即返回上面计算得到的牛顿流体的体积流速。
p.R 这样，幂律流体在管壁上的切变速度有：r w 2 kL
1、基本构造 核心部分是一套毛细管，具有不 同的长径比（通常L/D=10/1，20/1， 30/1，40/1等），料筒周围是恒温加 热套,内有电热丝。料筒内物料的上部 为液压驱动的活塞，物料经加热变为 熔体后，在柱塞压作用下，强迫从毛 细管挤出，由此测量物料的粘弹性。 根据测量原理的不同，毛细管流变 仪分为恒速型和恒压型两类，恒速型 仪器预置柱塞下压速度为恒定，待测 定的量为毛细管两端压差，恒压型仪 器预置柱塞前进压力为恒定，待测量 为物料的挤出速度即流量。
4.1引言
4.1.1 流变测量的目的： （1）物料的流变学表征。 为材料设计、配方设计、工艺设计提供基础数据。 （2）工程的流变学研究和设计。 借助流变测量研究聚合反应工程、高分子加工工程及 加工设备与模具设计制造中的流场及温度场分布，确定工 艺参数，研究极限流动条件及其与工艺过程关系，为完成 设备与模具CAD设计提供可靠的定量依据。 （3）检验和指导流变本构方程理论的发展。 通过流变测量，获得材料真实的粘弹性变化规律及与 材料结构参数间的内在联系，检验本构方程的优劣。
对于粘弹性流体，进入毛细管时，存在一个很大 的入口压力损失，相对而言，出口压力降比入口 压力降小得多，所以暂不考虑出口压力降的影响。
p pent pmao pexit
入口校正原理: 由于实际切应力的减小与毛细管有效长度的 延长是等价的，所以可将假想的一段管长eR加到 实际的毛细管长度L上，用L+eR作为毛细管的总 长度,其中e为入口修正系数，R为毛细管的半径。 p 用 L e.R 作为均匀的压力梯度，来补偿入口管压 力的较大下降。这样，校正后管壁的切应力：
混凝土中的流变性能原理及测试方法
混凝土中的流变性能原理及测试方法一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域的材料。
混凝土的流变性能是影响其性能和使用寿命的重要因素之一。
本文将详细介绍混凝土中的流变性能原理以及测试方法。
二、混凝土的流变性能原理1、混凝土的基本结构和组成混凝土由水泥、骨料、水和外加剂等组成。
其中，水泥是混凝土的胶凝材料，骨料是混凝土的骨架材料，水是混凝土的润湿剂，外加剂则用于改善混凝土的性能。
混凝土的基本结构由水泥胶体和骨料骨架组成。
2、混凝土的流变性能混凝土的流变性质是指它在受到外力作用时的变形及其与时间和应力的关系。
混凝土的流变性能直接影响其物理力学性质、抗震性能、耐久性、变形能力、渗透性等特性。
混凝土的流变性能主要包括：（1）抗压强度：混凝土在受到压缩力作用时的最大抗力。
（2）抗拉强度：混凝土在受到拉力作用时的最大抗力。
（3）抗弯强度：混凝土在受到弯曲力作用时的最大抗力。
（4）抗剪强度：混凝土在受到剪切力作用时的最大抗力。
（5）变形能力：混凝土在受到外力作用时的变形能力。
（6）渗透性：混凝土中孔隙的大小和分布决定了其渗透性能。
3、混凝土的流变模型混凝土的流变模型是描述其流变性质的数学模型。
常用的混凝土流变模型包括：（1）弹性模型：弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会恢复到原始状态，不会有任何残余变形。
常用的弹性模型包括胡克定律和泊松比定律。
（2）粘弹性模型：粘弹性模型假设混凝土在受到外力作用后会有残余变形，但变形随时间逐渐减小，最终趋于稳定。
常用的粘弹性模型包括麦克弗森模型和邓肯-恩特芬格尔模型。
（3）塑性模型：塑性模型假设混凝土在受到外力作用后会有明显的塑性变形，但变形不随时间减小，且不会恢复到原始状态。
常用的塑性模型包括穆氏塑性模型和普通强度理论模型。
4、混凝土的流变性能测试方法混凝土的流变性能测试是评估其性能和使用寿命的重要手段。
常用的测试方法包括：（1）压缩试验：压缩试验是评估混凝土抗压强度的一种常用方法。
混凝土流变性能测试方法研究
混凝土流变性能测试方法研究一、引言混凝土是一种常见的建筑材料，其性能对工程质量和耐久性具有重要影响。
其中，流变性能是评价混凝土质量的重要指标之一。
因此，混凝土流变性能测试方法的研究具有重要意义。
本文将从混凝土流变性能测试方法的基本原理、现有方法的分析与评价以及新方法的探索等方面进行讨论。
二、混凝土流变性能测试方法的基本原理混凝土的流变性能是指混凝土在外力作用下的变形特性。
通常可以通过应力-应变曲线来描述混凝土的流变特性。
因此，混凝土流变性能测试方法需要测量混凝土的应力-应变关系。
常用的测试方法包括压缩试验、剪切试验、拉伸试验等。
其中，压缩试验是最常用的测试方法。
三、现有方法的分析与评价1. 压缩试验压缩试验是目前最常用的混凝土流变性能测试方法。
其原理是在混凝土试件上施加压力，测量试件的应力-应变关系。
该方法具有测量精度高、可重复性好的优点。
但是，由于混凝土试件的制备和加载方式等因素的影响，不同实验室得到的数据可能存在较大差异。
2. 剪切试验剪切试验是测量混凝土的剪切强度和剪切模量的方法。
其原理是在混凝土试件上施加剪切力，测量试件的应力-应变关系。
该方法适用于测量混凝土的剪切性能，但不适用于测量混凝土的压缩性能。
3. 拉伸试验拉伸试验是测量混凝土的拉伸强度和拉伸模量的方法。
其原理是在混凝土试件上施加拉伸力，测量试件的应力-应变关系。
该方法适用于测量混凝土的拉伸性能，但不适用于测量混凝土的压缩性能。
综上所述，不同的测试方法适用于不同类型的混凝土流变性能。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的测试方法。
四、新方法的探索1. 微纳米力学测试微纳米力学测试是一种新型的混凝土流变性能测试方法。
其原理是利用纳米力学测试技术测量混凝土试件的微观结构和力学性能。
该方法具有测试精度高、数据可靠性好的优点。
但是，该方法需要昂贵的设备和专业的技术支持，成本较高。
2. 智能材料测试智能材料测试是一种基于智能材料技术的混凝土流变性能测试方法。
聚合物材料中的流变性能测试分析
聚合物材料中的流变性能测试分析在聚合物材料的开发、制造和应用过程中，流变性能测试是一个重要的环节，其能够有效地评估材料的变形行为、力学性能以及应用性能。
因此，了解聚合物材料中的流变性能及其测试分析方法，对于提高聚合物材料的应用性能、推动聚合物材料的研究和应用具有重要的意义。
一、聚合物材料的流变性能聚合物材料是指一类具有高分子结构的材料，其分子量通常高于10万，这种材料的性能是由其分子结构决定的。
在应用场合中，聚合物材料的性能会随着其形状、尺寸和应力状态的变化而发生变化。
因此，聚合物材料的流变性能对于其应用性能的评估和控制具有重要的作用。
聚合物材料的流变性能包括了黏弹性、塑性和蠕变等性质。
黏弹性是指聚合物材料在受到一定应力时的变形能力，即材料随时间的变形量。
塑性是指聚合物材料在受到应力时，随着应力的增加发生的可塑性变形。
蠕变是指聚合物材料在受到恒定应力时，材料随时间的收缩变形。
二、聚合物材料的流变性能测试聚合物材料的流变性能测试是利用流变仪对聚合物材料进行测试，主要包括剪切模量、黏性、塑性和流量指数等参数的测试。
其测试过程是将样品装入流变仪的测量室中，然后通过引入规定的变形应力，来测定聚合物材料在规定的应力范围和频率下的流变性能。
流变仪是一种专门用于测量材料流变性质的仪器。
其主要原理是利用试样在测量室中应变或位移的变化来计算材料在不同应力下的黏弹性、塑性、蠕变等性质。
流变仪可以通过调节控制板的参数，来控制样品的速度、应力、频率和温度等参数，从而实现对材料流变性质的测试和分析。
三、聚合物材料流变性能测试分析1.剪切模量测试分析剪切模量是衡量材料刚度和变形能力的重要参数。
聚合物材料的剪切模量随着应力的增加而增加，因此，其在应用过程中往往需要具有一定的刚度和力学性能。
流变仪可以通过调节控制板的参数，来测定样品在不同应力下的剪切模量。
2.黏性测试分析黏性是衡量材料流体性质的重要参数。
聚合物材料的黏性随着应力的增加而减小，因此其应用过程中不易出现黏滞和流动离散等情况。
混凝土流变性能测试方法研究
混凝土流变性能测试方法研究一、引言混凝土作为一种广泛应用于建筑工程中的材料，其流变性能是影响其耐久性和使用寿命的重要因素之一。
因此，对混凝土流变性能的测试方法进行研究具有重要意义。
本文将介绍混凝土流变性能测试方法的研究现状和发展趋势，并结合实际工程案例，提出了一种可行的混凝土流变性能测试方法。
二、混凝土流变性能测试方法的研究现状和发展趋势1. 流变学的基本理论流变学是研究物质变形和流动规律的学科，其基本理论包括弹性、粘弹性和流变性等。
在混凝土流变性能测试中，流变学理论可以帮助我们了解混凝土的应力应变关系、粘滞特性和流动性能等。
2. 流变性能测试方法的分类根据测试设备的不同，混凝土流变性能测试方法可以分为传统试验方法和新型试验方法。
传统试验方法包括牛顿环剪切试验、直剪试验、压缩试验、拉伸试验等，这些试验方法具有简单、易操作、结果可靠等特点。
而新型试验方法包括旋转圆盘试验、动态剪切试验、流变试验等，这些试验方法具有高精度、高灵敏度等特点。
3. 流变性能测试方法的发展趋势随着科技的不断进步，混凝土流变性能测试方法也在不断发展。
未来的流变性能测试方法将更加注重测试效率和精度，同时也将更加注重环境友好型，将更多的关注点放在模拟实际工程条件下的混凝土流变性能测试。
三、混凝土流变性能测试方法的具体实践1. 实验准备在进行混凝土流变性能测试之前，需要准备好相应的设备和试验材料。
设备包括旋转圆盘试验仪、动态剪切试验仪和流变试验仪等；试验材料包括混凝土试块、钢制模具、砼振捣器、平滑钢板等。
2. 实验步骤(1) 旋转圆盘试验将混凝土试块放置在旋转圆盘试验仪上，设置转速和测试时间，启动试验仪进行测试。
通过测试仪器记录下混凝土在不同转速下的剪切应力、剪切应变和剪切模量等参数。
(2) 动态剪切试验将混凝土试块放置在动态剪切试验仪上，设置剪切速率和测试时间，启动试验仪进行测试。
通过测试仪器记录下混凝土在不同剪切速率下的剪切应力、剪切应变和剪切模量等参数。
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测试过程中固定温度和线性黏弹区的应变或应 力的振幅，逐步增加振荡频率，记录动态模量 对频率的变化。
Strain or Stress
Time
振荡（动态）测试
温度斜坡
测试过程中固定频率和线性黏弹区的应变或应 力的振幅，程序控制温度，记录动态模量对温 度的变化。
Strain or Stress
Time
Temperature
振荡（动态）测试
时间扫描
测试过程中固定温度、频率和线性黏弹区的应 变或应力的振幅，记录动态模量随时间的变化。 时间扫描主要用于交联（固化）、降解等过程 的表征，。
Strain
Time
蠕变与回复
蠕变与回复就是先对样品施加一段时间的 一阶跃应力然后撤去，记录应变（或柔量） 对时间的变化。
简单剪切变形—测黏流动
在两个无限大的平行板之间充满液体，其中一 板固定，另一板平行移动，流体在曳引作用下 流动
/
旋转流变测量原理之小振幅振荡剪切
一板固定，另一板来回运动，两板间的流 体发生振荡剪切变形。
实时形变
t 0 sin(t )
应变振幅
0 a/b
小振幅振荡剪切的数学处理
对材料施加一个正弦形变刺激
(t ) 0 sint
其中式中 0 为振幅， 为频率
如果该振幅位于材料的线性黏弹区内，那 么响应的应力也是正弦的，可以写为
t 0 sint
小振幅振荡剪切的数学处理
t 0 sin t 0 sin t cos 0 cost sin 0 cos sin t 0 sin cost
平行板夹具的主要缺点是夹具间流场不均 匀的，即剪切速率沿着径向方向线性变化。
旋转流变测试模式
旋转（流动）测试
稳态速率扫描—流动曲线获取
阶梯式地施加不同的剪切速率，记录达到稳态 时的剪切应力和黏度。
shear rate
time
旋转（流动）测试
速率斜坡（瞬态测试）—触变性测试
线性增加或降低剪切速率，记录瞬态应力响应。
流变测试应用实例之流动曲线测定
黏度的剪切速率依赖性
不同流体的流动特征
100
10
time
20
40
60
80
o
100
120
Temperature ( C)
振荡（动态）测试
振幅扫描
测试过程中固定温度和频率，逐步增加应力或 应变的振幅，记录动态模量对振幅的变化。振 幅扫描的主要目的在于获取材料的线性黏弹区。
Amplitude of Strain or Stress
Time
振荡（动态）测试
当内、外筒间隙很小时，同轴圆筒间产生 的流动可以近似为简单剪切流动，因此， 同轴圆筒是测量中、低黏度均匀流体黏度 的最佳选择，但它不适用于聚合物熔体、 糊剂和含有大颗粒的悬浮液。
锥板
锥板是黏弹性流体流变学测量中使用最多 的夹具，其优点主要在于剪切速率没有径 向依赖，即整个测试流场内恒定。
平行板
平行板结构也主要用来测量熔体流变性能。 对于直径为25 mm的锥板，经常使用的间 隙为1-2 mm；对于特殊用途如测试多相体 系，可使用更大的间隙，以便确保间距比 分散粒子大很多。
动态模量
G’ 为弹性模量，又称为储能模量，代表材 料的弹性； G” 为黏性模量，又称为损耗模量，代表材 料的黏性。 损耗模量对储能模量的比值称为损耗因子 或损耗角正切，即 tan G" / G '
小振幅振荡剪切记录的是动态（储能、损 耗）模量对温度、频率等的变化。
小振幅振荡剪切的各参量
旋转流变仪仪器结构
爬杆与Weissenberg效应
挤出胀大与Barus效应
无管虹吸
流变学—研究物质流动和变形 的科学
“万物皆流，万物皆变。” “The mountains flowed before the Lord.”
测量流变性能的仪器
测量流变性能的仪器有毛细管流变仪、旋 转流变仪和拉伸流变仪等。
旋转流变测量原理之简单剪切
流变性能测试
Rheometry
流变性能测试
流变测试原理
简单剪切 小振幅振荡剪切
旋转流变测试模式
旋转测试 振荡测试 蠕变及回复 应力松弛
旋转流变仪
仪器结构 测量夹具
流变测试应用实例
分子量及其分布表征 相分离表征
聚合物材料特征流动现象
管流与剪切变稀
垂直双管中分别放置 低剪切速率下黏度相 同的牛顿流体（例如 甘油的水溶液）和高 分子溶液（例如聚丙 烯酰胺水溶液）。起 始液面相平，打开阀 门使流体流出，试问 哪个液面下降快？
in phase with strain
in phase with strain rate
0 sin t 0 cos sin t cost 0 0 0 G ' (elastic） G（ " viscous）
stress
time
蠕变与回复
纯弹性和纯黏性材料的蠕变行为特征
蠕变与回复
通过蠕变与回复可以得到零剪切黏度、平 衡柔量等。
应力松弛
应力松弛就是对样品施加一阶跃应变，记 录应力（或模量）对时间的变化。
Strain
time
应力松弛
纯弹性和纯黏性材料的应力松弛特征
流变测试应用
流变测量在聚合物表征中可用测定流动曲 线、重均分子量、分子量分布、支链、玻 璃化温度、熔融/结晶温度和相分离温度等。
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运 动来驱动样品的变形或流动。根据结构设 计不同，分为应力控制型和应变控制型
TA Instruments流变仪
应力控制型—AR系列 应变控制型—ARES系列
测试夹具（转子）
同心圆筒 锥板 平行板 固体扭摆
低黏到高黏流体
低黏到高黏流体
低黏流体到软固体
固体
水
钢
同轴圆筒
shear rate
time
旋转（流动）测试
阶跃速率（恒定速率测试，瞬态测试）
对样品阶跃地施加一个恒定的剪切速率，记录 剪切应力随时间的变化。
旋转（流动）测试
温度斜坡
恒定剪切速率下线性升高或降低温度，记录剪 切应力或黏度对温度的变化。
1000
temperature
shear rate
Viscosity (Pa)