第四章流变性能测定
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。
第四章流变性能测定
的切应力：
w正
P.R 2(L e.R)
L
L e.R
w
(1
1 R.e
)
w
由于R.e，L>0,Tw正<Tw.
L
e的确定分法：保持一定流速Q，即在一定的切变速率下，测量不同 长径比的压力降△p ，以△P 对L/D作图得一直线，它在横坐标上的 截距即是-e，
如下图，由右图中三角关系得：
瞬态流变实验，实验时材料内部的应力，应变
发生阶跃变化，即相当于一个突然的起始流动或 终止流动。
根据物料的流动形式分：有剪切流动，拉伸流动
下面将分别介绍各种测量仪器，根据所用切变速 率与粘度选择适合的流变仪。
表4.1 各种流变测定仪器切变速率范
围和粘度范围
仪器
切变速率范围s-1
粘度范围Pa.s
4n R3
3n 4n
1
rw
该式称为拉宾诺维奇非牛顿校正式,可见,对于假塑性 体,n<1, rw rw
２.３进一步求非牛顿指数n，根据幂律方程：lgww
krwn lg
k
n
lg
rw
以 lgw lg rw作曲线，斜率即为n
２.４表观粘度计算
a
w
rw
3、入口区附近的流场分析，Bagley修正：
p p0 2LR
R 2L
(p
p0 )
D
.d
2 p
L
(F
F0 )
4
牛顿切变速率：
rw
4Q
R3
第四节混凝土防渗墙护壁泥浆
第四节护壁泥浆1 概述1.1 泥浆的定义及组成泥浆是粘土颗粒分散在水中的悬浮液。
用于稳定孔壁或槽壁的泥浆叫做护壁泥浆，它是混凝土防渗墙施工不可缺少的介质材料。
护壁泥浆一般由水、粘土及化学处理剂组成。
泥浆用水有淡水和矿化水，不同的水配成的泥浆具有不同的性能。
粘土是泥浆中的主要固相成分，其颗粒粒径大多数小于0.005mm，它具有带电、吸附离子、水化膨胀以及分散或絮凝等性能。
常用的膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成分的特殊粘土，它的制浆性能优于其它粘土。
加入化学处理剂的目的，是为了改善泥浆的性能，以满足不同工艺的要求。
有时为了提高泥浆的比重或防漏失能力，在泥浆中加入重晶石粉、石灰石粉、方铅矿粉、纤维等惰性材料。
基础工程用泥浆源于地质钻探和石油钻井用泥浆，故广义的泥浆也称冲洗液，它包括聚合物泥浆、乳化泥浆、植物胶泥浆等特殊泥浆。
防渗墙施工用泥浆与地质钻探和石油钻井用泥浆在作用、性能要求及使用条件等方面均不完全相同，故特殊泥浆较少使用。
1.2 泥浆的功用泥浆的正确使用和泥浆性能的控制是泥浆护壁挖槽法成败的关键。
泥浆的功能主要体现在以下几方面：（1）防止槽壁坍塌。
泥浆的浆柱压力可抵抗槽壁上的土压力和水压力，并防止地下水渗入槽内；同时，泥浆渗透到地层中的一定范围，粘结该范围内的地层颗粒，并在槽壁表面形成泥皮。
这种双重作用减少了槽壁坍塌的可能性。
（2）防止渗漏。
防渗墙在施工的过程中，孔内泥浆在浆柱压力的作用下注入地层，堵塞渗漏通道，防止泥浆的大量漏失，使施工能顺利进行。
静止状态的泥浆在受压脱水后，具有较高的抗渗性能；防渗墙与两侧的泥皮和泥浆渗入带共同起防渗作用，提高了恼的整体防渗效果。
（3）悬浮和携带钻碴，清洗孔底，提高钻进工效，使造孔挖槽施工有效地进行。
对于用抽砂筒出碴的冲击钻进，泥浆有悬浮钻碴的作用；对于循环出碴的各种钻进方式，泥浆有携带钻碴和清洗孔底的作用。
（4）冷却钻具，防止钻头过早磨损。
1.3 泥浆的类型我国混凝土防渗墙施工用护壁泥浆有普通（当地）粘土泥浆（简称“粘土泥浆”）、膨润土泥浆及混合泥浆三种类型。
混凝土工艺学—砼筑未来智慧树知到答案章节测试2023年湖南工学院
第一章测试1.对混凝土说法正确的是（）。
A:混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂体系。
B:混凝土构成了土木建筑工程结构的主体框架；C:混凝土是目前世界上建筑工程使用量最大，范围最广的工程材料；D:混凝土是承受载荷和气候环境侵蚀的主体；答案:ABCD2.混凝土体系复杂，主要由以下几方面导致的（）A:水泥水化形成复杂的凝胶，在目前技术水平难以测定。
B:混凝土性能随微结构的发展而发展；C:混凝土原材料不能提纯，成分波动非常大；D:微结构与形成环境和时间具有依赖性，水化不断进行造成动态的微结构；答案:ABCD3.三峡大坝是世界上综合效益最大的水利枢纽，在设计施工过程中应该考虑水泥水化放热、混凝土的耐久性等因素。
（）A:错B:对答案:B4.混凝土制备工艺非常简单，没有什么高深的技术，更没有科学可言。
（）A:对B:错答案:B5.青藏铁路干湿交替频繁，冻融作用强烈，有效的外加剂可增强青藏铁路的耐久性。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.下列能作水泥缓凝剂使用的材料是（）。
A:石英B:三乙醇胺C:碳酸钙D:石膏答案:D2.粉磨水泥时，除熟料和适量石膏外，另掺混合材料：矿渣28%，石灰石5%，则这种水泥为（）。
A:普通硅酸盐水泥B:矿渣硅酸盐水泥C:石灰石硅酸盐水泥D:复合硅酸盐水泥答案:B3.硬化表示水泥浆固化后建立的结构具有一定的机械强度，凝结表示水泥浆失去流动性而具有一定的（）强度。
A:塑性B:刚性C:软性D:弹性答案:A4.粉煤灰与水泥水化生成的（）发生二次水化反应，生成C-S-H和C-A-H、水化硫铝酸钙，强化了混凝土界面过渡区，改善界面缺陷，提高混凝土强度A:氢氧化钙B:氧化钙C:氢氧化钠D:碳酸钙答案:A5.现有两批砂，下列说法错误的是（）。
A:级配相同，则细度模数一定相同B:级配相同，则细度模数不一定相同C:细度模数相同，则级配必然也相同D:细度模数相同，则级配必然不同答案:BCD6.下列有关混凝土用骨料（砂、石子）的叙述，哪些是错误的？（）A:粗骨料中夹杂有活性氧化硅时，混凝土有可能发生碱-骨料反应B:砂的细度模数较小，表示砂较细，其总表面积较小。
涂料流变性的检测及表示方法
1 涂料流变性的检测及表示方法一般以涂料的表观粘度说明涂料体系的流变性能。
具体分为低剪切粘度和高剪切粘度。
涂料在低剪切速率下的表观粘度是由组成涂料的不同组分的相互作用决定的，这些作用包括颜料的絮聚，粒子的胶体性质及少量流变助剂的缔合作用。
涂料在高剪切速率下的表观粘度非常重要，它是由涂料的流体力学因素决定的，如颜料粒子的平均粒径、粒径分布、形状和表面电荷以及胶粘剂性能。
表观粘度的测量多用粘度计，包括旋转粘度计和毛细管粘度计，其中毛细管粘度计适合测量涂料的高剪切粘度。
下面介绍三种主要的流变仪：Brookfield粘度计、Hercules 粘度计和毛细管粘度计。
Brookfield粘度计使用方便，价格便宜，可提供涂料的低剪切粘度。
由于仅能单点测定，不能预测高剪切粘度，适合于生产稳定时的日常监控。
Hercules 粘度计剪切速率精确、可提供完整的流变图及高剪切粘度，但对较低剪切速率下的测定不敏感、有时只能提供定性信息而不是定量的结果，适合于预测中到高剪切速率涂布过程中的流变性能。
毛细管粘度计～剪切速率明确、可提供极高剪切速率下的粘度，但需多次测定进行矫正，适合于模拟高速涂布过程。
但这种模拟过程也只是近似的，例如在实际的刮刀涂布过程中，刮刀下的剪切速率很大(达106s) ，涂料受剪切变形的时间很短(10s) ，因此在刮刀下涂料的剪切应变很小。
显然，每一种流变仪都有一定的剪切速率范围及应用条件，把几种流变仪的测定结果综合起来才能满足预测大部分涂布工艺过程的要求。
各种涂布工艺过程的剪切速率范围如图2所示。
2 涂料流变性的影响因素2 .1 颜料颜料是涂料的主要组分之一，约占涂料质量的90％和体积的80％嘲。
研究涂料的流变特性必须先知道颜料浆的流变特性。
颜料粒子的性质又决定了颜料浆的流变性能，这些性质主要包括粒度( 粒度分布) 、粒子形状、粘度、白度和磨耗等。
这些匪质反映在涂料的制备过程中是粘度的大小和流动性的好坏。
简单的方法测膏体流变性
简单的方法测膏体流变性引言膏体是一种非牛顿流体，其流变性质是描述其变形应答的重要属性。
测定膏体流变性可以帮助我们了解其物理特性，从而指导产品的开发和应用。
在本文中，我们将介绍一种简单的方法来测定膏体的流变性。
测定设备和原理1. 设备：流变仪是测定膏体流变性的常用工具。
它由电机、转子、测距设备和控制系统组成。
转子悬浮在膏体中并施加剪切力，测距设备测量转子的移动距离，从而得到膏体的流变参数。
2. 测定原理：根据牛顿流体的定义，剪切应力与剪切速率成正比。
而对于非牛顿流体，剪切应力与剪切速率之间的关系是非线性的。
通过施加不同的剪切速率，测定相应的剪切应力，可以得到膏体的流变曲线。
实验步骤1. 准备工作：将膏体样本取出并放置在流变仪的测试夹具上。
2. 确定温度：根据膏体的需求，确定测定温度。
流变性会受到温度的影响，因此需要控制好温度稳定性。
3. 设置剪切速率：根据膏体样本的特性，选择合适的剪切速率范围，并在流变仪上设置。
4. 开始测量：将转子浸入膏体中并开始测量，流变仪将自动记录转子的运动距离和施加的剪切应力。
5. 测量时间：根据膏体的特性，确定测量的时间跨度。
测量时间过短可能无法得到准确的数据，而过长的测量时间可能会使膏体发生变化。
6. 数据分析：根据测得的数据，绘制流变曲线并进行分析。
可以计算膏体的应力指数、流变指数、屈服应力等参数，从而了解膏体的流变行为。
结果与讨论通过上述实验步骤，我们可以得到膏体样本的流变曲线，并据此分析其流变行为。
根据流变曲线的形状，我们可以初步判断膏体是属于剪切稀释型还是剪切增稠型。
根据流变指数的大小，我们可以判断膏体的黏度变化程度，从而指导产品的配方设计。
另外，我们还可以通过比较不同样品的流变性，找出与产品性能相关的因素，进一步优化产品配方。
结论测定膏体流变性是研究膏体特性的重要手段，通过测量剪切应力与剪切速率的关系，我们可以得到膏体的流变曲线，并进一步分析其流变行为。
这种简单的方法可以帮助我们了解膏体的物理特性，指导产品的开发和应用。
第四章 压裂液.
（一）水基压裂液 水基压裂液是以水作为分散体系，添加水 溶性聚合物和其它添加剂形成具有压裂工艺所 需的较强综合性能的工作液， 一般有两种形式：①水溶性聚合物加入活 性添加剂的水溶液被称为线性胶或稠化水压裂 液；②线性胶稠化水加入交联剂后形成的具有 一定粘弹性的交联冻胶则称为交联压裂液。 特点：水基压裂液具有安全、清洁、价廉 且性质易于控制等特点二得到广泛应用。除了 对少数水敏地层易造成伤害外，适用于大部分 油气层的压裂改造，是压裂液技术发展最快也 最全面的体系。
延迟交联压裂液 b.无机硼延迟交联压裂液 无机硼延迟交联压裂液包括包裹无机硼延迟 压裂液和过交联延迟释放高温压裂液。 包裹无机硼延迟压裂液：指对无机硼采用包裹技 术，达 到延迟交联的目的，改善了无机硼压裂液的耐高温性 能。 过交联延迟释放高温压裂液：所使用的交联剂是 以硼酸盐植物胶过交联，经脱水、烘干、粉碎制得的 固体缓溶延迟硼交联剂，这种固体颗粒交联剂在施工 时可直接加入，与植物胶及其改性产品均可形成粘度 稳定，耐高温，交联速度可控的延迟交联压裂液，其 耐温性能达到165℃以上。
（二）油基压裂液
油基压裂液是以油为溶剂或分散介质，加入各种各添 加剂形成的压裂液。 1.稠化油压裂液：将稠化剂溶于油中配置而成。 目前较通用的是铝磷酸酯与碱的反应物，这类稠化剂在 油中形成“缔和”，将油稠化。
2.油基冻胶压裂液 将有机脂肪酸醇与无机非金属氧化物五氧化二磷生成的 膦酸酯均匀混入基油中，用铝酸钠进行交联，可形成膦酸 酯铝盐的网状结构，使油成为油冻胶。 膦酸酯铝盐油基冻胶压裂液是目前性能最佳的油基压裂 液。其粘度较高，粘温性好，具有低滤失性和低摩阻。适 用于水敏、低压和油润湿地层的压裂，砂比可达30%。
《流变性测定法》PPT课件
精选PPT
21
伸展计测定原理： 在平行板之间装入 试验液，在一定压 力条件下通过测定 试验液的扩展速度 来求得试验液的伸 展性能。
精选PPT
22
1.不随时间变化的静止测定法，即r0一定时，施加应力 S0（一点法）。
只适用于牛顿流体的测定
一般用毛细管或落球粘度计
2.旋转或转动测定法，对于胶体和高分子溶液的粘度，
其变化主要依赖于剪切速度（多点法）
旋转式、锥板、转筒粘度计
精选PPT
3
（一）毛细管粘度计 η1=η2ρ1t1/ρ2t2
D
原理：在一定压力下，根据一定容积的流体依靠压力差 或者自身的质量，流过一定长度和半径的标准毛细管所 需的时间，计算出液体的粘度。
精选PPT
4
二、落球粘度计法 原理：在含有受试液 的垂直玻璃管内（在 一定温度下），使玻 璃球或钢球自由落下 ，由球的落下速度和 球的质量即可求得受 试液的粘度。
Hoeppler落球粘度计
精选PPT
5
测定方法：将试验液和圆球装入到玻璃管内，外围 的恒温槽内注入循环水保持一定的温度，使球位于 玻璃管上端，然后准确地测定球经过上下两个标记 线的时间，反复测数次，利用下式计算得到牛顿液 体的粘度。
t(SbSf )B
t— 球落下时经过两个标记线所需时间（sec）；Sb、
Sf—测定温度条件下球和液体的比重；B— 球本身固
有的常数。
精选PPT
6
一、落球粘度计
t(bl)B
精选PPT
7
落球粘度计
2r2g（s－L）
9V
t(SL)K
ρs＝球的密度， ρL＝待测浓密度， t＝球体下落时间，
K=仪器常数(可用已知粘度 的液体求得)
高分子物理第四章
0
12
3, Ｚ均分子量 Zi M i mi
按Ｚ量统计平均分子量，定义为：
用加和表示
zi M i
mi
M
2 i
wi
M
2 i
M z i
zi
i
i
mi M i
wi M i
i
i
i
用连续函数表示
m(M )M 2dM
Mz
0
0 m(M )MdM
超离心沉降法才能得到
13
4, 黏均分子量
用溶液黏度法测得的平均分子量为黏均分子量，定义为：
光散射法 Light scattering method, SAXS, SANS
黏度法 Viscosimetry，超速离心沉淀 Ultracentrifugal sedimentation method 及扩散法 Diffusion
质谱法，凝胶渗透色谱法 Gel permeation chromatography (GPC)
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
1
教学目的：
通过本章的学习，全面理解和掌握各种统计平均分子量和分子量分布 的意义、表达式和分析测试方法及测试基本原理。
热力学方法 Thermodynamics
method
散射方法 Scattering method
动力学方法 Dynamic method
其它方法 Other method
第四章 压裂液
优点：不需要加入任何高分子聚合物，其粘度可满 足压裂液施工的需要，不需要加入任何化学破胶剂， 采出的原油或天然级即可作为破胶剂，在地层条件 下完全破胶，没有残留物，从根本上解决了压裂液 残留物对裂缝支撑带和储层的伤害问题。另外，还 具有优良的耐剪切性能和降粘性能。 缺点：国内研究起步较晚，且成本高于普通压裂液， 目前还没有普遍应用。 适用：较低温度（小于90℃）的油气井压裂。
低温交联水基压裂液 低温交联水基压裂液主要以植物胶原粉（包括 羟乙基槐豆 粉、羟乙基皂仁粉、田菁粉等）为增稠 剂，硼砂为交联剂，按一定交联比配制而成的压裂 液。其粘温性能较差，只能用于低温井。
纤维素衍生物中、高温压裂液 纤维素衍生物压裂液主要包括羧甲基纤维素 (CMC)压裂液和羟乙基纤维素（HEC）。CMC压裂液 包括与硫酸铬钾或硫酸铝钾交联的中、高温压裂液， CMC高温乳化压裂液等，HEC压裂液则只适用于较低 温度的井。纤维素衍生物压裂液的特点是残渣含量 低，对地层伤害小，但剪切稳定性较差，且原料价 格越来越昂贵，逐渐被植物胶及其改性产品取代。
b.纤维素衍生物稠化剂主要包括羧甲基纤维素(CMC) 、 羟乙基纤维素(HEC)和羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC) 等。其特点是水不溶物极低，但耐温性能、剪切稳定 性和降阻性能都比植物胶稠化剂要差，目前已经少应 用。但它作为一种无损害压裂液在煤层压裂改造中取 得了良好的效果。
c.生物聚合物稠化剂主要指黄原胶，它是微生 物黄单胞菌的新陈代谢产物。其特点是用量少， 增稠性好但由于制备工艺复杂，技术要求高， 价格昂贵，目前还用得较少。 d.合成聚合物稠化剂主要有部分水解丙烯酰胺 聚合物，其特点是降阻性能好，无残渣等优点， 缺点是耐盐性能差，剪切稳定性差，残胶吸附 堵塞，对地层造成伤害，这些问题限制了合成 聚合物稠化剂的推广应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
R
R
当n=1,K= ,即返回上面计算得到的牛顿流体的体积流 速。
p n R 2kL 3n 1
1 n
3 n 1 n
p L
1 n
p.R rw 这样，幂律流体在管壁上的切变速度有： 2kL
n 1 p n rn V (r ) R 1 R 2kL n 1 将上式对r作整截面f积分,求得体积流速Q
式：
1/ n
n 1 n
Q V (r )dr V (r )2 rdr
4、毛细管流变仪所用公式汇总： 剪切应力： p 4 F2 p.R D F
dp
Q
w
w正
2L
2 .d p L
2 dp
p p0 p.R p 2( L e.R) 2( L e) 2L R R R D ( p p0 ) ( F F0 ) 2 2L .d p L
2．2剪切速率计算 不象上面剪切应力计算那么简单，它与流过毛 细管的物料种类有关。 对于牛顿型流体，
r
dV pr dr 2 L
其中，V为线速度，是与管中心距离r的函数，管 中心的的流速大，随r增大，v减小，故速度梯度 为负值。 可见， r 随r增大而增大，在管中心r=0则 =0。
其中恒速型较为方便，物料从直径宽大 的料筒，经挤压通过一定入口角的入口区 进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状 况发生巨大变化。入口附近有明显的流线 收敛行为，它将影响物料刚刚进入毛细管 区的流动，使得流入毛细管一段距离后， 才能发展成稳定的流线平行的层流。在出 口附近，因为管壁约束突然消失，弹性流 体表现出挤出胀大，流线又发生变化，因 此物料在整个毛细管中的流力可分为三个 区：入口区，完全发展流动区，出口区。 下面分别讨论。
R R
这即是管中层流的有名的哈根一泊肃叶方程。 这样，管壁上牛顿流体的切变速率：
rw
p.R 4Q 2 L R 3
对于幂律流体，有
1/ n
n kr
1/ n
dV p 1/ n 则 r r dr k 2kL 将上式对r积分，同样边界条件r=R，V=0，得线速度分布
τ在中心层为0，在管壁处R处最大，在管 壁上的切应力： τw= △pR/2L 可见，只要毛细管内的压力梯度确定，管 内任一点的剪切应力也随之确定，这样， 一个测剪切应力的的问题即为测压力梯度 的问题，即只要测出毛细管两端的压力差 除以毛细管长度即可。 这样计算剪切应力的方式，对任何一种流 体，无论是牛顿流体还是非牛顿流体均成 立，计算过程不涉及流体的类型。
按物料的形变历史，即按运动的时间依赖性分， 有： 稳态流变实验，实验中材料内部的应力、温度、 剪切速率为常数，不随时间变化。 动态流变实验，实验中材料内部的应力，应变 场发生交替变化，一般要求振幅要小，变化以正 弦规律进行。 瞬态流变实验，实验时材料内部的应力，应变 发生阶跃变化，即相当于一个突然的起始流动或 终止流动。 根据物料的流动形式分：有剪切流动，拉伸流动 下面将分别介绍各种测量仪器，根据所用切变速 率与粘度选择适合的流变仪。
第四章 流变性能测定
本章主要内容:
4.1 引言 4.2 毛细管流变仪 4.3 转矩流变仪 4.4 熔融指数测量仪 4.5 其它流变仪 4.6 拉伸粘度测试
4.1引言
4.1.1 流变测量的目的：
（1）物料的流变学表征。通过测量掌握物料的流变性质与 体系的组分、结构以及测试条件间的关系，为材料设计、配 方设计、工艺设计提供基础数据，控制和达到期望的加工流 动性和主要物理力学性能。 （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。
其中，dp柱塞直径 F柱塞所受载荷 F0：毛细管长度为0时的载荷 ΔP：总压力降 4F p 2 dp ΔP０入口压力降（毛细管长度为0时压力降） 在以下两种情况下可不进行入口校正： L/R> 40，入口压力降相比毛细管中的压力降可以忽略； 只进行相对比较；
仪器 落球粘度计 转子型
表4.1 各种流变测定仪器切变速率范 围和粘度范围 s-1
切变速率范围 极低＜＜10-2 同轴圆筒10-3~ 102 平行板10-3~ 102 锥板式10-3~ 102 门尼粘度计1.57 硫化仪,很低 ~ 102 10-1~ 106 粘度范围Pa.s 10-3~ 103 10-1~ 1011 103~ 108 102~ 1011 ~ 105
振荡型 转矩型 毛细管
10-1~ 107
4.2 毛细管流变仪
可直接测得聚合物剪切粘度，剪切速率适用范 围宽，在注射成型，聚合物所受剪切速率很高， 有时高达103~104s-1，只有用毛细管流变仪才能测 这样高剪切下的粘度。 是目前发展最成熟、最典型，因而应用最广的 流变测量仪，其主要优点在于： （1）操作简单，测量准确，测量范围广（r=102~104s-1）； （2）毛细管中物料的流动与某些加工成型过程中 物料流动形式相仿，因而具有实用价值； （3）不仅可测量物料的剪切粘度，还可通过对挤 出行为的研究，讨论物料的弹性行为。
2( L e.R) L e.R
由于R.e，L>0,Tw正<Tw.
R.e (1 ) L
e的确定分法：保持一定流速Q，即在一定的切变速率下，测量不同 长径比的压力降△p ，以△P 对L/D作图得一直线，它在横坐标上的 截距即是-e， 如下图，由右图中三角关系得：
w正
p p0 p.R p 2( L e.R) 2( L e) 2L R R R D ( p p0 ) ( F F0 ) 2 2L .d p L
4
.V
牛顿切变速率： 流变指数n：
n
rw
2 dp 4Q 3 .V R3 R
d lg w正 d lg rw
非牛顿切变速率： rw
rw 表观粘度： 5、缺点：（1）由上可见，τ、 r随毛细管半径而变； （2）不能测定与时间相关的粘弹特性； （3）存在较多误差，精度不高。
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。 除此外，仪器还配有调速机构、测力结构、控 制机构、自动记录和数据处理系统等。 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。
a
w正
3n 1 rw 4n
６.出口区的流动行为 在毛细管流变仪出口区，粘弹性流体表现出特殊 的流动行为，主要表现为挤出胀大现象和出口压 力降不为０． 挤出张大现象及影响因素前面已介绍过． 出口压力降不为０，是粘弹性流体在毛细管出口 处仍具有剩余可恢复弹性能的表现． ７.应用 （１）聚合物剪切粘度的研究 （２）聚合物熔体弹性的研究 通常挤出张大现象是通过在毛细管出口 处，采用直接照相＼激光扫描直接作曲线，斜率即为n
２.４表观粘度计算
a
w
rw
3、入口区附近的流场分析，Bagley修正： 我们在上面的推导中假设毛细管长度L是无 限长的，事实上是有限长的，流体在流过入口处时， 速度因从大口到小口而渐增，流线收敛，所以物料 从料筒经入口被挤入毛细管时，引起不同流速层之 间粘性的摩擦能量耗散，另一方面，流体从大口流 入小口时，在流动方向上产生速度梯度，引起弹性 形变，也要消耗能量。这两项能量的损失，使得在 毛细管入口处的压力降并不反映真实的压力降。如 没有入口效应，实际作用于长L管的切应力比有入 口效应的要小，所以要扣除这部分入口效应引起的 压力降。
2、完全发展区的流场分析 按照定义，流体的粘度等于流体承受的剪切应力除以剪 切速率。这一定义对牛顿型流体的常数粘度和非牛顿型流体 的表观粘度均能成立。这里要说明两点：（1）定义中的所 说的剪切应力和剪切速率都必须是针对同一流体的测量； （2）实际上剪切应力、剪切速率都不能直接测量，因此必 须通过一些直接测量的物理量来求得剪切速率和剪切应力， 从而求得粘度。
右图给出料筒与毛细管中物料内部压力的分布情况，可 以看出，对于粘弹性流体，当从料筒进入毛细管时，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
入口校正的原理: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。用 p 作为 L e.R 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： P.R L 1 w正 w w
4.1.2 流变测量仪器分类： 毛细管流变仪: 根据测量原理不同可分为恒速型 和恒压型两种。 转子型流变仪: 根据转子几何构造不同又分为锥 板型、平行板型、同轴圆筒型等。橡胶工业常用 的门尼粘度计为一种改造的转子型流变仪。 转矩流变仪: 带有一种小型密炼器和小型螺杆挤 出机及口模，优点在于测量过程与实际加工过程 相似，测量结果更具工程意义，常见有 Brabender公司和Haake公司生产的塑性计。 振荡型流变仪: 用于测量小振幅下的动态力学性 能，结构同转子型流变仪，只是转子作小振幅的 正弦振荡。