孙文彬： 哈克流变仪介绍及其在材料加工表征中的应用
流变仪在锂离子电池中的应用-概述说明以及解释
流变仪在锂离子电池中的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:锂离子电池作为现代电子设备的主要能源供应方式，在无线通信、移动计算和可再生能源等领域得到了广泛的应用和发展。
随着对电池性能要求的不断提高，人们对于电池材料及其结构的研究日益深入。
在这个过程中，流变仪作为一种重要的实验工具，引起了科学家们的广泛关注。
流变仪是一种用来研究物质流动性质的仪器，它可以通过对材料施加外力和测量其变形来分析材料的黏性、弹性和流变行为。
它的应用涵盖了许多领域，如化工、医药、食品等。
近年来，流变仪在锂离子电池研究中的应用也逐渐增多。
本文将重点介绍以流变仪为工具，在锂离子电池材料研究和电池组件制造过程中的应用。
将会分析流变仪的原理、基本参数以及其在锂离子电池领域中的优势和具体应用案例。
通过对流变仪的研究和实践应用，旨在为锂离子电池的进一步优化和提高性能提供理论支持和实验依据。
2.正文:接下来的章节将会重点介绍锂离子电池的背景和发展的，以及流变仪的原理和基本参数。
我们将深入探讨锂离子电池的基本工作原理、常见材料和结构，以及关键技术的发展趋势。
同时，将会介绍流变仪在材料流变性质研究中的基本原理和常见的参数，以帮助读者更好地理解流变仪的工作原理。
3.结论:在最后的章节中，我们将总结流变仪在锂离子电池中的应用优势，并通过具体的应用案例来展示其在锂离子电池研究中的实际应用效果。
我们将会讨论流变仪在材料优化、电化学性能评估和电池组件制造等方面的具体应用，以及流变仪在电池研究中的潜在应用前景。
通过本文的介绍和分析，相信读者对于流变仪在锂离子电池研究中的应用价值和实践意义有了更清晰的了解。
流变仪作为一种强大的实验工具，为锂离子电池的研究和发展提供了有力的支持。
进一步的研究和应用将有助于提高电池性能、延长电池寿命，为未来电池技术的发展做出更大的贡献。
1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨流变仪在锂离子电池中的应用。
首先，在引言部分将对文章进行概述，介绍文章的结构以及阐明研究目的。
流变仪的用途和应用
1. 测定食品的流变性质，如酸奶、果酱、果冻等产品的稠度、流动性。2. 研究食品在加工和储存过程中的流变行为变化，优化食品加工工艺。
其他应用
1. 涂料和油墨行业：用于测定涂料和油墨的流变性质，如粘度、流动性和稳定性。2. 制药行业：研究药物溶液的流动性和稳定性，优化药物制剂工艺。3. 石油化工行业：研究石油产品的流变性质，如原油、润滑油等的粘度和流动性。4. 地质学：研究岩石和土壤的流变性质，有助于地质勘探和地质灾害预测。
流变仪的用途和应用
用途/应用领域
具体应用
材料科学研究
1. 研究高分子材料（如塑料、橡胶、树脂）的流变性，包括材料的粘性、弹性、塑性等。2. 表征高分子材料的分子量和分子量分布。3. 指导材料制备工艺和加工工艺的优化。
物理学研究
1. 研究液体的黏性行为。2. 研究固体的弹性行为及固液转变过程中的力学性质。3. 揭示物质的物理性质与微观结构之间的关系。
化学研究
1. 研究化学反应过程中的流变性变化，如黏度变化、凝胶化过程中的黏弹性行为。2. 揭示化学反应机理和化学反应动力学规律。
生物学研究
1. 研究生物组织的力学性质和流变性，如细胞培养液的黏度、细胞膜的弹性。2. 揭示生物组织的结构和功Байду номын сангаас之间的关系，有助于生物医学研究的发展。
工程学研究
1. 研究各种工程材料的流变性，如塑料、涂料、石油等。2. 指导工程材料的制备和加工过程，提高工程材料的性能和使用效果。3. 应用于塑料加工、涂料生产、石油开采等领域的质量控制和产品研发。
Haake
张
洁
Ｈ ａｅ流变 仪在 聚台物加工 中的应用 ａｋ
５ ７
图 ２是待 开发 新 产 品 的 流 变谱 图。 中前 三组 曲 图
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线为 同一 配方 的三 次 重 复性 试 验 结 果 ， 图 中 曲线 可 从
． ／
ｊ ． ： 二 二二 ： 二 ： 二． ＝ 二 二二 ！ ＝
＿
２３ 用 挤 出机 模 拟 实 际生 产 过 程 ．
将 挤 出机 同各 种 模具 和后 牵 引 设备 连 接 ． 以挤 可
１－０
（） ａ
出各种型材 ， 从而通 过模拟实际生产过程来确定各 阶 段的加工工艺参数 １ 表 为某种电缆料在三种 不同加 工条件下的工艺参数。
流变性能测试． 为确定产品配方和生产工艺及新产品
的开发 奠定 了基础 。
特性 ， 提供螺杆转速 、 机简温度 、 挤出机背压 、 熔体温度 和压力等重要加工参数及后牵引工艺的有关参数 ， 从
而用 于指 导实际生 产 。
１ 设备 简 介
密炼机的测量单元是大型生产用密炼机的微缩复 制品。 这种流变仪的设计 目的是造成高度湍 流、 高度剪 切， 使聚合物熔体和橡胶 混台物 的多相组分得 以很好 混合 ， 在此 条件下 ． 被剪 切的 物料将 产生 非线 性的粘 弹 性响应。 被测样品抗混合 的阻力与样 品粘度成正比． 转 矩 流 变仪通 过作用 在转 子上 的反作 用扭 矩测得 这种 阻 力， 通常记录扭矩随时间变化的谱图． 同时还可测定熔 体温度。 密炼机试验可评价聚合物的熔融行为、 流动性
哈克转矩流变仪用控制速率粘度计测量流动曲线
热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260旋转粘度计培训 (第1部分) -- 用控制速率粘度计测量流动曲线流动曲线是表示粘度随剪切速率的变化，我们定义一些典型的现象：1: 粘度同剪切速率无关（牛顿流体）2: 粘度随剪切速率增加而下降（假塑性流体）3: 粘度随剪切速率增加而增加（胀塑性流体）通过测量不同剪切速率下粘度我们将了解物质的行为。
通过测量不同剪切速率下粘度我们可以预测不同条件下样品的行为。
我们可以考虑样品的行为、外观、口感和加工性。
例如我们考虑马达油，我们希望不同剪切条件下有一定的粘度。
马达油有点象牛顿流体。
因此不同转速下油脂化量相同。
仅仅通过看，消费者对于产品就会有不同的感觉。
口香糖看上去必须稠而坚固，但放入口中剪切咀嚼粘度必须低。
加工尤其是泵很多产品，流动曲线可给出很多信息。
如果牛顿流体，那么速度没关系，因为加倍泵速需要加倍力。
如果假塑性流体，提高泵速只需要较少的能量。
如果是胀塑性流体情况则相反。
如果我们知道我们产品的性质，我们就可以用合适能量的泵，从而节能，降低生产成本。
用控制速率粘度计，施加一定剪切速率，测量转子转动需要的力。
Figure 1: 三种不同流动曲线We have to measure at the shear rates that are in our field of interest.我们必须测量实际应用中感兴趣的剪切速率。
Shear rate =d v/d h例如将黄油涂到三明治上，施加的速度约10 cm/s。
涂黄油厚约0.8mm。
对应的剪切速率可以算得：10 cm/s / 0.08 cm。
即剪切速率约125 s-1一些常见剪切速率如下表。
Table 1: application vs. shear rateApplication Shear rate (s-1)沉淀10-6 - 10-4相分离10-6 - 10-4分层，流动10-1 - 101挤出100 - 102点涂101 - 102咀嚼101 - 102泵、搅拌101 - 103涂刷101 - 104喷涂103 - 104测量流动曲线，我们建议剪切速率至少跨两个数量级。
橡胶流变仪数据解释和使用意义
橡胶流变仪数据解释和使用意义1.橡胶硫化测试仪，简称为硫变仪，是指在橡胶硫化过程中连续测定胶料硫化性能的全部变化，并具有较高的测试精度的仪器，生产橡胶制品的厂家可以用它进行橡胶的均匀性、重现性、稳定性的测试。
并且进行橡胶配方设计和检测，目前主要应用于批量生产橡胶硫化特性的检测和管控。
2.分类：2.1根据其有无转子分为：有转子流变仪、无转子流变仪. 2.2有转子流变仪及无转子流变仪的主要区别：2.2.1有转子流变仪测试时试样温度达到稳定所需要时间长；而无转子则较快。
2.2.2有转子的转子与胶料产生的磨擦力也计入胶料剪切模量的数据中，而无转子则避免此摩擦力的影响。
3、硫化曲线3.1实验原理从流变学的观点可以说，迄今为止，各种流变仪所采用的原理本质上是一致的，即模压在模腔内的试样连续的承受恒定的小振幅和低频率的正弦剪切变形，由测力传感器测定剪切应力，以转矩单位表示，即胶料的剪切模量，当试样规格、厚度、振幅角和实验温度一定时，所测定的剪切应力与交联点密度成正比关系，记录下的剪切应力—时间的曲线便是硫化曲线。
3.2.硫化曲线ML——最低转矩，N•m（kgf•cm）MH——到达规定时间之后仍然不出现平坦曲线或最高转矩的硫化曲线，所达到的最高转矩N•m（kgf•cm）TS1——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.1N•m（kgf•cm）时所对应的时间，MINTS2——从实验开始到曲线由最低转矩上升0.2N•m（kgf•cm）时所对应的时间，MINTC（x）——试样达到某一硫化程度所需要的时间，即试样转矩达到ML+X（MH-ML）时所对应的时间，MIN（注：如X取值0.5，即TC50，X取.9，即TC90）3.4.硫检参数的意义：ML：表示胶料的流动性，ML越低，流动性越好，反之，越差。
MH：表征胶料的胶料的剪切模数、硬度、定伸强度和交联密度，一般MH越低，硬度越低，MH越高，硬度越高。
TS2：表征胶料的操作安全性，TS2越短，表示胶料越容易发生死料，产品在生产时容易产生缺料不良。
流变仪的基本原理及应用
剪切速率
•
d vz
r
dr
流体粘度
•
rz
体积流量
Q 2
R
0 vz rdr
R 0
vz
d
r2
Q vz r2
R 0
R 0
d vz dr
r2
dr
管壁：
R
pR 2 L'
rz
rz
r
r
R
R
r
R
R
rz
r2
R2
2 R
2 rz
dr
R
R
d
rz
r rz
管壁：
•
R
d vz dr
第6章 流变仪的基本原理及应用
第一页
第6章 流变仪的基本原理及应用
高聚物加工成型过程：树脂首先受热逐渐熔融，在外力场作
用下发生混合、变形与流动，然后在成型模具中或经过口模
形成一定的形状。随温度降至Tg或Tm以下，并延续降至室
温，其形态结构逐渐被冻结，制品被固化定型。
—
—熔融-混合-变形-流动-定型
§6. 1毛
细 管
流 变
仪
——是目前发展最成熟、应用最广的流变测量仪之一。 优点：操作简单、测量范围宽(剪切速率约为10-2~105S-1)
具体应用：
（1）测定热塑性高聚物熔体在毛细管中的剪切应力和剪 切速率的关系； （2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变 毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流 动现象； （3）预测高聚物的加工行为，优化复合体系配方、最佳成型 工艺条件和控制产品质量； （4）为高聚物加工机械和成型模具的辅助设计提供基本数 据； （5）作为高聚物大分子结构表征和研究的辅助手段。
哈克转矩流变仪振荡流变仪测量触变性
振荡流变仪培训(第4部分) 振荡流变仪测量触变性触变是结构的破坏与恢复。
通过测量触变性，我们可以了解有关样品的流平性、实际使用情况和加工情况。
刷油漆时，我们希望漆膜平整。
如果油漆粘度低，它可以很好流动，不会有刷子的痕迹。
我们称此为油漆的流平性。
实际发生的是刷油漆过程油漆的结构被破坏。
过2分钟左右，油漆的结构必须重新建立，以防止漆膜松垮。
一些材料的实际应用，我们也利用触变性的特点。
比如发胶。
用发胶是，我们将其压出至手上。
施加应力，发胶开始流动，此时发胶粘度较低。
当发胶挤到我们手上，它立刻恢复其胶体结构。
反之，发胶会在手上流动(这是我们不希望的)。
现在。
我们想把发胶涂到头发上，这是一高剪切过程。
发胶变成稀的流体，我们需要这样才好将发胶均匀涂到头发上。
之后，发胶又必须恢复结构以起到固定发形的作用。
作为触变性在过程中的重要性实例，我们来看长径瓶中等番茄酱。
我们倒出番茄酱之前需要摇动瓶子。
如果触变性效应很强，我们只需要几秒钟甚至千分之几秒就可以倒出番茄酱。
番茄酱恢复其结构需要至少几分钟。
Fig 1: Thixotropic pictures of a emulsion乳液触变照片我们观察乳液结构，首先看到的是水中的油滴。
剪切，油滴形成层。
等足够长的时间，结构又恢复。
照片是用Haake可视流变仪拍的以较好理解触变效应。
用振荡流变仪，我们首先进行低频率和形变测量。
在线性粘弹区测量粘度。
此区测量，结构不是不可逆形变。
因此我们测量到完整结构的粘度。
然后我们测量高剪切下的粘度。
样品的结构将被完全破坏。
最后我们重复第一步条件重测量。
我们观察结构随时间的恢复。
例如，我们测量1 Hz下0.5%形变90秒。
然后我们转入旋转模式，测量1500 s-1 下30秒。
获得的数据做图。
热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260Figure 2: Thixotropy curve 触变曲线G’ ----G”----|η*| and η ----曲线第一阶段G’>G”,表明样品有结构和弹性。
哈克转矩流变仪及其应用
１ ３ Ｒ １ ｒ 子 １ ｏ１ 转 １ ｅ １４ Ｓｇ 转 子 １ ｉ １ １ ｍａ
样 品 １ 大扭 矩最 大 ， 品 ２平衡 扭矩 最小 ， 最 样 再结 合 塑化后 挤 出物 的表 观质 量综合 比较可得 出样 品 ２的 熔 融 性能 （ 化性 能 ） 好 。 塑 较
［ ］ 象涛 ． Ａ Ｅ￥ ￣ ｉ ２高 ＨＡ Ｋ ｂ Ｅ变仪 在 聚 氯 乙烯 加 工 配 方 设 计 中 的 应 用 ．
齐 鲁 石 油 化 工 。０ ３ ２０ ． ［ ］ 怀 志． 矩流 变仪在 高分子材 料研 究 中的应用． 油与化 工 ， ３张 转 炼
２ ０ ，１ ：３ ０ ７ （ ）３ ．
参考文献 ：
图 ５ 流 变 图 谱
在 流 变 图谱 （ ５ 中 ， 图 ） Ｌ为 加 料 峰 ， 应 最 大扭 对
矩 值 ， 明物 料完 全 进入 密 炼 室 ； 为最 低扭 矩 ， 表 Ｍ 代 表 最低 融 体 黏 度 ； Ｖ为 转矩 谷 低 ，代 表 Ｐ Ｃ干 混料 Ｖ
开 始熔 融 ； Ｆ为塑 化 峰 ， 表 Ｐ Ｃ完 全 熔融 ， 过 此 代 Ｖ 超 点 后 ，由于 摩擦 生 热 转 矩 开始 下 降 ； Ｓ为稳 定 扭 矩 ， 转 矩 达 到稳 定 值 ； ０为 降解／ 联起 点 ，表 明材 料 开 交
第 ９期
２ ２年 ９月 ０１
中 国 氯 碱
Ｃｈ ｎ ｌ ｒ ｉ ａ Ｃｈ ｏ —Ａｌ ａｉ ｋ ｌ
Ｎｏ９ ．
Ｓ ｐ． ０１ ｅ ， ２ ２
哈克转矩流变仪及其应 用
李海敏 。 霍 燕 （ 天津 渤天化 工有 限责 任公 司， 津 ３ ０ ８ ） 天 ０ ４ ０
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每个流变数据点都对应 一次红外光谱扫描
Absorption Units G', G''/ Pa
Rheonaut实验结果
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0 Time
0
Time/ min 75
8
1.00E+06 1.00E+05 1.00E+04 1.00E+03
Isocyanate Intensity @ 2265 cm1 Urethane Intensity @ 1740 cm-1
绝对测量 流变测量
单螺杆挤出机
双螺杆挤出机 圆棒毛细管测试 狭缝毛细管测试
11
哈克转矩流变仪产品线
HAAKE
HAAKE
MiniLabII
PolyLab OS
微型混合挤出机 转矩流变仪
PRISM
EuroLab 同向旋转平 行双螺杆挤
出机
Process 11
HAAKE
袖珍型同向旋转 PCR 630
平行双螺杆挤出机 在线熔融指数仪
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/083/2b0K0r9istall
Eugene Cook Bingham (1878-1945)
Rheology: rheo (to flow) + logos (science)
2
哈克流变仪介绍
流变仪 --- 新材料研究与开发的必备实验仪器
两条产品线：旋转流变仪、转矩流变仪 旋转流变仪：表征材料的流动形变特性, 研发过程中的理论支持 转矩流变仪：对材料在熔融流动状态下进行加工处理，指导实际生产 各种类型的流变仪贯穿于新材料研制的全过程,提供系列的整体解决方案。
HAAKE CaBER 1
拉伸流变
多种产品组合满足您的质控与研发需要
5
红外流变联用单元 Rheonaut
同步分析材料力学性能与分子结构的变化！！！
6
同步收集流变数据和红外谱图
流变数据 Rheonaut模块
红外吸收光谱
Patented in Germany, USA, Japan
German patent DE 101 40 711 European patent 02762251.3-2209 USA patent US 6.988.393 B2 Japanese patent 4028484
哈克流变仪介绍及其在材料加工表 征中的应用
孙文彬 博士 wenbin.sun@
CAD/MOL-MC
1
流变学概述
研究力的作用下材料流动与变形的学科 1929年成为独立的学科 研究对象主要为流体、半固体及固体 粘度、粘弹性及瞬态响应 石化、聚合物、材料、油漆涂料、食品… 研发、质控、参数优化…
如分子量及分子量分布，加工温度，加工速率及配方调整等
4
哈克旋转流变仪产品线
HAAKE
HAAKE
HAAKE
Viscotester 1/2 Viscotester 6/7 Viscotester 550
HAAKE Series 1
HAAKE RheoStress 6000
相对测试仪器
绝对测试仪器
HAAKE MARS III
1300
1200
1100
1000
900
800
Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
3
哈克旋转流变仪的应用领域
石油化工：研究油田各工作流程及工作液的应用性能，如钻井、压裂，原油 开采及储运
油漆涂料：帮助用户进行研发、质控及产品性能的表征，比如垂挂性能、流 平性能、储存运输稳定性等
食品化妆品：指导配方、确定保质期、提高用户满意度 聚合物材料：表征材料的基本参数、流动及使用性能，指导相关加工参数，
1300
1200
1100
1000
900
800
Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
• 用新的配方研发聚合物合金
• 研发新的添加剂, 如稳定剂, 色母粒, 填充料,润滑剂等
• 在中试生产中 确定最佳加工条件
• 在中试生产中, 研究配方和加工特性
• 在产品质量控制中, 按照ISO 9000 对购进的材料和出厂的 产品进行控制
10
转矩流变仪测试内容
转矩流变仪系统
相对测量
密炼测试
挤出测试
7
Absor bance Units
…
1.5
1.5
1.5
1.5
1.0
Absor bance Units
1.0
Absor bance Units
1.0
Absor bance Units
1.0
0.5
0.5
0.5
0.5
0.0
0.0
0.0
0.0
1300
1200
11001000Fra bibliotek900
800
Wavenumber cm-1
• 可流动性 (物料的粘度) 将影响: 加工性能的优劣 最终产品的质量
• 转矩流变仪以及配套测量附件是将生产设备 按照比例关系缩小 (密炼机, 挤出机, 成型口模, 后牵引机等)
• 试验过程和步骤与实际大批量生产相似
9
哈克转矩流变仪系统
谁需要使用转矩流变仪?
• 材料应用:
• 加工应用
• 用少量的样品研发新型的聚合物材料 • 在设计研发新设备时 评估生产加工能力
聚合物加工与在线测试产品的市场领导者
12
哈克在中国
……
13
哈克在中国
14
Thank You for You Attention!
Any Questions? 800-810-5118 400-650-5118 info.mc.china@
15
1300
1200
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Wavenumber cm-1
C:\Dokumente und Einstellungen\Admin\Eigene Dateien\IR_Daten\RHEONAUT\Resultec 150809\baysilon-hv-op.1 Baysilon bulk hochviskos, ohne Poli 15/08/230b0K9ristall
Amide II Intensity @ 1520 cm-1
G'
G''
1.00E+02 1.00E+01 1.00E+00 1.00E-01
储能模量随氨基的 增加而增大
游离态氨脂含量减少 时反应速度变慢
1.00E-02
1.00E-03
175
哈克转矩流变仪系统
为什么使用转矩流变仪?
• 聚合物材料是在熔融流动状态下进行加工处理: (例如: 挤出, 注塑成型)