流变学实验-1 转矩流变仪应用试验
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。
转矩流变仪及其在塑料加工中地应用
返回转矩流变仪及其在塑料加工中的应用洪王暄迎思海亭理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
pvc加工流变性——转矩流变仪(特选资料)
转矩流变仪及其在塑料加工中的应用赵洪王暄李迎崔思海陈亭哈尔滨理工大学1. 转矩流变仪的组成与特点转矩流变仪是在Brabender塑化仪的基础上发展起来的一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
随着转矩流变仪应用的日益广泛，其组成和性能也在不断发展，呈现多功能、高性能、高精度、自动化等趋势。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元是实现各种测量的功能部分，目前已广泛应用的有，双转子混炼器、单螺杆挤出机、平行双螺杆挤出机、锥型双螺杆挤出机、杂质测量仪、口模膨胀测量仪、各种挤出加工模具等。
各功能单元以积木形式与测控主机相连，并在相应软件的支持下，实现具体的实验、测量和分析功能。
下面详细描述各部分的结构和性能。
1.1 测控主机组成与性能测控主机主要由计算机、数据测控系统、动力系统及转矩测量系统构成。
其组成框图如图1.1所示：图1.1 测控主机原理图其中计算机通过运行相应软件，完成各种操作和数据处理。
在计算机上运行的软件有两类，一类是测控软件，它提供了一个人机交互的接口，操作者可以在其提供的虚拟仪器界面上完成绝大多数的仪器操作，另外该软件还完成测量数据的显示和保存任务。
另一类是数据处理软件，它与各功能单元配合完成各种测量和分析。
测控主机和测控软件界面如图1.2和1.3所示。
图1.2 测控主机图1.3 测控软件界面数据测控系统是以单片微型计算机为核心的电子系统，完成温度、压力、转速、转矩等数据的采集以及实现电气、温度及转速控制。
动力系统为功能单元提供工作动力，由电动机和减速机组成。
转矩测量系统可以测量动力系统的输出转矩，并以此数据描述物料与各功能单元作用时的粘度变化，并进一步表征熔体的流变性。
流变11转矩流变
“
密闭式混合器相当于一个小型的密炼机，由一个 字型的可拆 卸混合室和一对以不同转速、相向旋转的转子组成，在混合室内， 转子相向旋转，对物料施加剪切，使物料在混合室被强制混合，两 个转子的Hale Waihona Puke 度不同，在其间隙中发生分散性混合。
原理与方法
采用混合器测试时，高聚物以粒子或粉末的形式自加 料口加入到密炼室中，物料受到上顶压料杆的压力，并且 通过转子表面与混合壁之间的剪切、搅拌、挤压，转子之 间的捏合、撕扯，转子轴向翻捣、捏炼等作用，实现物料 的塑化、混炼，直到达到均匀状态。
应用研究 加工过程的模拟与分析
A 典型转矩曲线
B 聚合物交联过程的研究
C PVC凝胶化过程的研究：
对于PVC树脂凝胶过程有不同的理论模型， 其中粉碎机理模量的解释如下：
Oa段：由于摩擦力作用，转矩上升； ab段：当客服静摩擦力之后，粒子之间产生滑移，从而进入动摩擦过程， 粉碎的混合物中空气被逐步挤出，并受到加热，转矩下降至b点； b点：物料成压实状态； bc段：PVC粉体粒子外包膜被融化、撕裂，包膜内的微细粒子挣脱出来而独 立存在，随着微细粒子的增多，转矩上升； c点：PVC粉体粒子已经全部成为微细粒子，并在局部出现尺寸更小的次级 粒子，此时体系的转矩值最大。通常称c点为熔融峰； Oc或ac段时间成为塑化时间，bc段时间成为熔融时间。它们反映了PVC树脂 凝胶化的快慢； cd段：细微粒子逐步向次级粒子与分子粒子层次转变，此时转矩逐步减小。 料温逐步上升，物料的流动由粒子间相对滑动向熔体均匀变形、流动转变； d点：PVC粒子破碎细化基本完成，转矩达到平衡。
转矩流变实验原理及应用
提纲
• • • • 概述 原理与方法 实验步骤 应用研究——加工过程 的模拟与分析
实验指导书(流变学)
《聚合物加工流变学》实验指导书雷彩红广东工业大学材料与能源学院2011年2月实验指导书（普通实验）实验项目名称：交联剂含量对LDPE交联过程的影响实验项目性质：普通所属课程名称：聚合物加工流变学实验计划学时：2学时一、实验目的：1.掌握转矩流变仪结构和原理，学会使用转矩流变仪；2.掌握常用的交联剂种类和结构；3.掌握LDPE交联过程，了解交联LDPE应用。
二、实验内容和要求在转矩流变仪上，观察不同的交联剂含量下LDPE转矩随时间变化曲线，记录曲线，分析不同交联剂含量下交联速度以及交联程度的变化。
三、实验主要仪器设备和材料仪器：天平、转矩流变仪材料：LDPE,过氧化物类引发剂四、实验方法、步骤及结果测试分成5个组，每组9人。
实验步骤：1.开启转矩流变仪，设定一定的温度175℃；2.称取原料LDPE 40g，交联剂占原料含量分别是0.5%、1.0%、1.5%；3.开启转矩流变仪，设定转速70rpm；4.将上述准备好的样品加入样品室，待LDPE熔融塑化平台出现后，加入交联剂，记录转矩随时间变化曲线；5.导出曲线，分析交联程度和交联速度；6.停止转矩流变仪，清干净样品室；7.关闭转矩流变仪；8.实验完毕后清理现场，清机后关闭电源；9.写实验报告五、实验报告要求1.实验目的2.实验内容3.实验仪器、材料4.实验方案5.实验数据记录与处理6.实验结果测试与分析7.总结六、思考题LDPE过氧化物交联过程温度对交联程度和交联速度有什么影响？实验指导书（普通实验）实验项目名称：不同加工温度和挤出速度对PP挤出胀大行为的影响实验项目性质：普通所属课程名称：聚合物加工流变学实验计划学时：2学时一、实验目的：1、掌握转矩流变仪结构和原理，学会使用转矩流变仪；2、掌握挤出胀大原理以及影响因素；二、实验内容和要求在转矩流变仪上，观察不同的温度和挤出速度下PP从单螺杆挤出机口模挤出后外观形状的变化，并用游标卡尺计量料条直径，计算挤出胀大比，分析不同温度和挤出速度下挤出胀大比的变化。
转矩流变仪实验
转矩流变仪实验一、实验目的1 了解转矩流变仪的基本结构及其适应范围；2 熟悉转矩流变仪的工作原理及其使用方法；3. 能够利用聚合物及添加助剂后的流变特性对加工进行有效评价二、实验原理本实验所用设备为：ZJL—200转矩流变仪转矩流变仪是一种综合性聚合物材料流变性能测试实验设备。
其突出特点是可以在接近于真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。
目前已经在塑料加工性能研究、配方设计，材料真实流变参数测量等方面获得了重要应用。
转矩流变仪主要由测控主机和功能单元两大部分组成。
测控主机提供了转矩流变仪的基本工作环境，完成各种数据采集与记录，以及为各功能单元提供动力和控制。
功能单元主要有两类，一类是混炼器，一类是挤出机。
混炼器主要完成物料的混合与塑炼，可以作为配方研究的小型试验机，用来研究材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为。
各种挤出机不但可以模拟挤出加工、造粒等加工过程，从而评价物料的加工性能以及优化加工工艺参数，而且而可以通过圆形（或矩形）毛细管模具，测量不同剪切速率下，物料的真实粘度与剪切速率的关系，全面表征物料的流变性。
本设备功能单元为单螺杆挤出机，在具有一定温度的圆筒内旋转，筒的另端设有送料斗。
当原料被送至筒的2/3处时逐步增塑，进入到筒的剩余部分内被均化，当所有颗粒全部溶化后即可利用毛细管挤出模具成为母料或注入模具成形，同时设备也完成对材料的表现粘度与剪切速度及剪切应力关系的测量。
三. 主要技术指标转速： 15-120rpm 控制精度：0.5% F.S转矩测量范围： 0-300Nm 测量精度：0.5% F.S温度控制范围：室温-300℃四实验步骤1．开机，双击桌面软件快捷图片，进入流变仪操作界面，设置合适的温度预热半小时，如不设置温度，则默认上次温度进行预热；2．保存数据，将本次试验的数据保存于特定文件夹目录下；3．点击“压力清零”设定加热段各区温度：分别单击第1、2、3、4、5区“设定值”按钮，并设置转速，数据可选为15-120rpm。
旋转流变仪实验报告
旋转流变仪实验报告旋转流变仪实验报告引言旋转流变仪是一种用于测量物质流变性质的仪器。
通过旋转流变仪的实验，可以得到物质的粘度、剪切应力等参数，从而了解物质的流变行为和性质。
本实验旨在通过使用旋转流变仪，研究不同物质的流变特性，并分析实验结果。
实验原理旋转流变仪的工作原理是利用转子的旋转产生剪切应力，通过测量转子的扭转角度和扭矩，计算出物质的粘度和流变参数。
旋转流变仪通常由电机、转子、测量装置等组成。
实验步骤1. 准备工作：将旋转流变仪放置在平稳的台面上，并连接电源和计算机。
校准仪器，确保仪器正常工作。
2. 样品准备：选择不同的样品进行实验，例如液体、胶体、高分子材料等。
根据实验要求，准备好样品。
3. 实验设置：根据样品的特性和实验要求，设置旋转流变仪的参数，如转速、温度等。
4. 测量数据：将样品放置在旋转流变仪的测量装置中，启动仪器进行测量。
记录下转子的扭转角度和扭矩的数值，以及其他相关数据。
5. 数据处理：根据测量数据，计算出样品的粘度、剪切应力等参数。
可以使用专门的软件进行数据处理和分析。
6. 结果分析：根据实验结果，分析不同样品的流变特性和性质。
比较不同样品之间的差异，探讨其原因。
实验结果和讨论通过本实验，我们选取了几种不同的样品进行测试，包括水、牛奶和聚合物溶液。
下面是实验结果的简要总结和讨论。
1. 水：水是一种典型的牛顿流体，其粘度与剪切应力成正比。
在实验中，我们发现水的粘度较低，剪切应力较小。
这与水的流动性和流体性质相符合。
2. 牛奶：牛奶是一种复杂的流体，其流变性质受到多种因素的影响，如脂肪含量、温度等。
在实验中，我们发现牛奶的粘度较高，剪切应力较大。
这可能是由于牛奶中的脂肪和蛋白质等成分导致的。
3. 聚合物溶液：聚合物溶液是一种非牛顿流体，其粘度和剪切应力之间的关系较为复杂。
在实验中，我们发现聚合物溶液的粘度和剪切应力呈现非线性关系，即随着剪切应力的增加，粘度也会增加。
这是由于聚合物的分子结构和相互作用导致的。
流变学实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解流变学的基本概念和原理。
2. 掌握流变仪的使用方法。
3. 通过实验验证牛顿流体和非牛顿流体的特性。
4. 分析不同剪切应力下流体的粘度变化。
二、实验原理流变学是研究物体在外力作用下变形和流动的科学。
本实验主要研究牛顿流体和非牛顿流体的特性。
牛顿流体遵循牛顿粘度定律，即剪切应力与剪切速率成正比；非牛顿流体则不遵循该定律，其粘度随剪切速率的变化而变化。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：流变仪、温度计、计时器、样品容器、玻璃棒等。
2. 实验材料：水、甘油、玉米淀粉等。
四、实验步骤1. 准备实验材料：分别准备一定量的水和甘油作为牛顿流体，以及一定量的水和玉米淀粉作为非牛顿流体。
2. 测量牛顿流体粘度：将水样品倒入样品容器中，调整流变仪的设置，使其处于稳态流动状态。
记录剪切应力、剪切速率和对应的粘度值。
3. 测量非牛顿流体粘度：将水样品与玉米淀粉混合均匀，倒入样品容器中。
调整流变仪的设置，使其处于稳态流动状态。
记录剪切应力、剪切速率和对应的粘度值。
4. 分析数据：对比牛顿流体和非牛顿流体的粘度变化，分析不同剪切应力下流体的粘度变化规律。
五、实验结果与分析1. 牛顿流体粘度：实验结果显示，水作为牛顿流体，其粘度随剪切速率的增加而增加，符合牛顿粘度定律。
2. 非牛顿流体粘度：实验结果显示，水和玉米淀粉混合液作为非牛顿流体，其粘度随剪切速率的增加而降低，不符合牛顿粘度定律。
3. 不同剪切应力下流体的粘度变化：实验结果显示，在低剪切应力下，牛顿流体和非牛顿流体的粘度变化较小；随着剪切应力的增加，牛顿流体粘度逐渐增加，而非牛顿流体粘度逐渐降低。
六、实验结论1. 本实验验证了牛顿流体和非牛顿流体的特性，证明了牛顿流体粘度与剪切速率成正比，而非牛顿流体粘度随剪切速率的变化而变化。
2. 通过实验，了解了流变学的基本概念和原理，掌握了流变仪的使用方法。
3. 本实验为后续流变学研究和应用提供了实验基础。
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转矩流变试验
胡圣飞编
一、试验原理及目的
高分子材料的成型过程，如塑料的压制、压延、挤出、注射等工艺，化纤抽丝，橡胶加工等过程，都是利用高分子材料熔体进行的。
熔体受力作用，不但表现有流动和变形、而且这种流动和变形行为强烈地依赖于材料结构和外界条件，高分子材料的这种性质称为流变行为（即流变性）。
测定高聚物熔体流变性质，根据施力方式不同，有多种类型的仪器，转矩流变仪是其中的一种。
它由微机控制系统、混合装置（挤出机、混炼器）等组成。
测量时，测试物料放入混合装置中，动力系统驱使混合装置的混合元件（螺杆、转子）转动，微处理机按照测试条件给予给定值、保证转矩流变仪在实验控制条件下工作。
物料受混合元件的混炼、剪切作用以及摩擦热、外部加热作用，发生一系列的物理、化学变化。
在不同的变化状态下，测试出物料对转动元件产生的阻力转矩、物料热量、压力等参数。
其后，微处理机再将物料的时间、转矩、熔体温度、熔体压力、转速、流速等测量数据进行处理，得出图、表形式的实验结果。
利用转矩流变仪不同的转子结构、螺杆数、螺杆结构、挤出模具以及辅机，可以测量高分子材料在凝胶、熔融、交联、固化、发泡、分解等作用状态下的转矩—温度时间曲线，表观粘度—剪切应力（或剪切速率）曲线，了解成型加工过程中的流变行为及其规律。
还可以对不同塑料的挤出成型过程进行研究，探索原材料与成型工艺、设备间的影响关系。
总之，对于成型工艺的合理选择，正确操作，优化控制，获得优质、高产、低耗制品以及为制造成型工艺装备提供必要的设计参数等，都有非常重要的意义。
高分子材料的流变性除受高聚物结构及有关复合物组成的影响外，采用混合器测量流变性质时的实验条件也是十分重要的影响因素。
二、试验用原材料
硬质PVC粒状复合物或混配物
PVC 100 60 56.52174
ACR丙烯酸酯共聚物 4 2.4 2.26
CPE氯化聚乙烯 6 3.6 3.39
钙锌复合稳定剂 4.5 2.7 2.54
硬脂酸0.5 0.3 0.28
69 64.99174
三、主要仪器设备
RM-200C转矩流变仪，主要分三部分：主机、电气控制柜、混合或挤出装置。
本实验采用转矩流变仪的混合装置进行。
1. 加料量
实验开始,物料自混合器上部的加料口加入混合室，受到上顶栓对物料施加的压力并且通过转子外表面与混合室壁间的剪切、搅拌、挤压；转子之间的捏合、撕拉；轴向间翻捣、捏炼等作用，以连续变化的速度梯度和转子对物料产生的轴向力的变形实现物料的混炼、塑化。
显然混合室内的物料量不足，转子难于充分接触物料，达不到混炼塑化的最佳效果。
反之加入的物料过量，部分物料集中于加料口不能进入混合室塑化均匀或出现超额的阻力转
矩，使仪器安全装置发生作用，停止运转、中断实验，若实验过程中，去除上顶栓对物料的施压作用，仪器转矩值变化不突出时，说明加料量合适。
加料量应由混合室空胶容积、转子容积、物料（固体或熔体）的密度以及加料系数来计算确定。
此外，为了保证测试准确性和重现性，原料的粒度和材质应均匀。
2. 温度与转速
混合器加热温度应参考物料的熔融温度和成型温度。
如果选择的温度过低出现超额的阻力转矩会造成安全装置发生作用，使仪器停止运转。
而温度过高时，高聚物的链段活动能力增加、体积膨胀、分子间相互作用减小，流动性增大，粘度随温度提高而降低。
物料在混炼塑化过程中的微小变化不易显示出来，由此影响测试的准确性。
对于PS、PVC、PC等高聚物，因为粘流活化能很大，熔体粘度对温度十分敏感，增加温度可大大降低熔体的粘度，应注意温度的控制与调节，使测试结果准确可靠。
一般来说，用近于生产条件的成型温度、螺杆转速作为测试仪器的加热温度、转子转速的条件下，所得到的物料转矩-温度-时间曲线更能预测或说明制品成型过程中发生的问题。
此外，用动态热温定性实验研究材料热稳定效果时用较高的温度和转速，使分解反应在较短时间内发生，则可以缩短实验时间。
对于不同的高分子材料和不同的实验目的必须选择最佳的条件，以求得可靠的实验结果。
四.试验方法
1. 准备工作
（1）了解转矩流变仪的工作原理、技术规格和安装、使用、清理的有关规定。
（2）根据实验需要，将所用的混合器与动力系统组装起来。
（3）接通动力电源和压缩空气，稳定电源在220V+/-10V.
（4）按式（6-1）计算加料量，并用天平准确称量。
W1=(V1-V0)×ρ×α0 (6-1)
W1-加料量（g）
V1-混合器容量（cm3）
V0-转子体积（cm3）
ρ-原材料的固体体积或熔体密度（g/cm3）
α-加工系数，按固体或熔体密度计算为0.655、0.80。
对于硬质PVC来讲，加料量应为65 g左右。
2. 操作: （1）接通主机电源后，调节温度加热。
（2）当温度达到要求后，预热一段时间，然后加料开始记录实验参数。
（3）当实验结束后，加入少量润滑剂，然后拆卸清理混合器。
五.试验结果表述
1、写出转矩流变仪测试高聚物的流变性的原理及测试时的各项实验条件。
2、以实验所得数值、图形为例，讨论在高聚物结构研究、材料配方选择、成型工艺条件控制、成型机械及模具设计等方面的应用。
六．思考题
1. 那些主要因素将影响高聚物的流变性质？
2. 测试物料及实验过程如何保证实验结果的可靠性。
3. 试比较毛细管流变仪和转矩流变仪各自的特点？。