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。
固体胶流变测试
固体胶流变测试关于固体胶流变测试介绍如下：一、黏度测试黏度是固体胶流变性的重要参数之一，反映了胶粘剂在剪切应力作用下的流动性。
黏度测试通常采用旋转黏度计进行测量，通过测量一定转速下转子受到的阻力矩来计算黏度值。
二、屈服点测试屈服点是指固体胶在受到应力作用时开始发生形变的应力值。
通过测量屈服点，可以了解胶粘剂在受到应力作用时的行为，以及其在使用过程中的耐久性和可靠性。
测试方法可以采用拉伸试验或压缩试验，通过观察应力应变曲线来找到屈服点。
三、触变性测试触变性是指固体胶在剪切力的作用下，其粘度随时间的变化而变化的特性。
触变性测试可以采用旋转黏度计或振荡流变仪进行测量，通过观察胶粘剂在不同时间下的黏度变化来评价其触变性。
四、温度敏感性测试温度敏感性是指固体胶粘剂在不同温度下的流变性能变化情况。
通过温度敏感性测试，可以了解胶粘剂在不同温度下的使用性能和适用范围。
测试方法可以采用温度扫描或恒温测量，观察胶粘剂在不同温度下的黏度变化。
五、老化稳定性测试老化稳定性是指固体胶粘剂在长时间使用或存储过程中，其流变性能的变化情况。
通过老化稳定性测试，可以了解胶粘剂在使用过程中的耐久性和可靠性。
测试方法可以采用老化试验，将胶粘剂置于不同条件下的老化环境中进行测试，观察其流变性能的变化。
六、表面张力测试表面张力是固体胶表面的一种物理特性，反映了胶粘剂表面的湿润能力和润湿性能。
表面张力测试可以采用表面张力仪进行测量，通过观察胶粘剂表面在不同液体中的接触角来计算表面张力值。
七、弹性恢复测试弹性恢复是指固体胶在去除外力后，其形变的恢复能力。
弹性恢复测试可以采用拉伸试验或压缩试验进行测量，通过观察胶粘剂在去除外力后的形变恢复情况来评价其弹性恢复性能。
八、极限应变测试极限应变是指固体胶在受到外力作用时所能承受的最大形变量。
极限应变测试可以采用拉伸试验或压缩试验进行测量，通过观察胶粘剂在外力作用下的形变情况来找到其极限应变值。
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：
水凝胶流变测试
水凝胶流变测试一、介绍水凝胶是一种具有高度可调节性和可切割性的材料，在生物医学、化学、材料科学等领域有广泛的应用。
在设计和优化水凝胶的性能时，了解其流变特性是十分重要的。
本文将对水凝胶流变测试的方法和应用进行详细讨论。
二、流变测试的基本原理1. 流变学基础知识在了解水凝胶的流变测试之前，我们首先需要了解一些与流变学相关的基本知识。
(1) 应力和应变在流变学中，应力是指物体内部的分子间相互作用力，而应变则是指物体在外部作用力下发生的变形。
应力和应变的关系可以通过应力-应变曲线来描述。
(2) 弹性和粘性物体的流变性质可以分为弹性和粘性两个方面。
弹性是指物体受力后可以恢复到初始状态的能力，而粘性则表示物体在受力后会发生永久变形。
2. 流变测试的原理流变测试是一种用来测量物质流变性质的实验方法。
在水凝胶研究中，常用的测试方法包括剪切测试、拉伸测试和压缩测试等。
(1) 剪切测试剪切测试是指通过施加剪切力来研究材料的流变性质。
在剪切测试中，通过测量应力和应变的关系可以得到材料的剪切模量和黏度等参数。
(2) 拉伸测试拉伸测试主要用来研究材料的弹性和延展性等性质。
在拉伸测试中，可以通过测量应力和应变的关系来计算材料的弹性模量和极限拉伸应变等参数。
(3) 压缩测试压缩测试主要用来研究材料的压缩性能。
通过测量应力和应变的关系可以得到材料的压缩模量和压缩应变等参数。
三、常用的流变测试方法1. 平板剪切流变仪平板剪切流变仪是一种常用的流变测试设备，可以用来研究物质的剪切流变性质。
在测试过程中，将待测样品置于两个平行的平板之间，施加剪切力并测量力和位移的关系，从而得到样品的流变特性。
2. 拉伸流变仪拉伸流变仪可以用来研究材料的拉伸流变性质。
该设备通过施加拉伸力，并测量力和位移的关系，来获取材料的拉伸性能。
3. 压缩流变仪压缩流变仪用于测试材料的压缩流变性质。
通过施加压缩力并测量力和位移的关系，可以获得材料的压缩性能指标。
汽车涂装中的流变学性能测试
毛细管流变仪测试
总结词
毛细管流变仪通过测量在恒定压力或剪 切应力下涂料的流动行为，以评估涂料 的流变特性。
VS
详细描述
毛细管流变仪通常具有一个狭窄的通道或 毛细管，涂装样品在此通道中流动。通过 测量在恒定压力或剪切应力下涂料的流动 速率或流动行为，可以计算涂料的粘度、 流动指数等参数。这些参数能够反映涂料 的流动特性和填充性能，对于涂装工艺的 优化和控制具有指导意义。
汽车涂装中的流变学性能测 试
• 流变学基础 • 流变学性能测试方法 • 汽车涂料的流变性 • 流变学性能测试在汽车涂装中的应
用 • 流变学性能测试的未来发展
01
流变学基础
流变学的定义
流变学是一门研究物质在形变过 程中表现出来的应力应变关系的
科学。
它涉及到物质的流动和变形行为 ，以及这些行为与时间、温度、 应力和其他环境因素之间的关系
03
汽车涂料的流变性
涂料的粘度
01
02
03
粘度定义
粘度是衡量流体内部摩擦 力大小的物理量，对于涂 料的流变性能来说，粘度 是重要的参数之一。
粘度的影响因素
涂料的粘度受到多种因素 的影响，如温度、压力、 剪切速率等。
粘度测试方法
常用的粘度测试方法有旋 转粘度计法和落球粘度计 法等。
涂料的弹性
弹性定义
自动化测试设备
研发能够自动完成流变学性能测试的设备， 减少人为误差和操作时间。
绿色环保的流变学性能测试理念
环保材料
优先选择可再生、可降解或低毒性的测试材 料，降低对环境的影响。
能耗与排放控制
优化测试设备的能耗和排放，采用节能技术 和绿色能源，减少测试过程中的环境污染。
THANKS
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。
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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
水
低黏到高黏流体 低黏流体到软固体
固体
钢
同轴圆筒
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。
振荡（动态）测试
频率扫描
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。
Time
Strain or Stress
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。
Time
Strain or Stress Temperature
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。
time
Strain
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。
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
旋转流变仪
仪器结构 测量夹具
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
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
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
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
线性增加或降低剪切速率，记录瞬态应力响应。
time
shear rate
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。
shear rate temperature
Viscosity (Pa)
time
1000
100
10 20
40
60
80
Temperature (oC)
100
120
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。
Time
Amplitude of Strain or Stress
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。
tan G"/ G' 小振幅振荡剪切记录的是动态（储能、损振荡剪切的各参量
旋转流变仪仪器结构
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
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 sint
0 sintcos 0 costsin
0 cos sint 0sin cost
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
不同流动特征的流动曲线
流变测试应用实例之重均分子量测定
不同分子量PS的特征流动曲线
流变测试应用实例之分子量分布测定
不同分子量分布PS的动态黏弹性特征
流变测试应用实例之分子量分布测定
流变方法得到的MWD与其它方法结果对比
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