转矩流变仪讲义模板
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。
流变仪第二组 (2)(1)
流变仪主要操作流程
1、检查电气电路连接状态，特别是温度、压力测 试点以及与微机串口连接信号数字线 2、根据测试要求选配混合器或挤出机等相应模口 （如已经加热应戴上耐热手套，以防烫伤） 3、配料并装入相应喂料口或斗 4、接通机上总电源，启动电脑电源 5、进入系统界面后启动winrheo专用测试软件， 根据具体测试项目选择相应功能键
加工性能进行评价。
——转矩的绝对值直接反映物料的性质及其表观粘度大小。 ——转矩随时间的变化反映加工过程中物料均匀程度的变化 及其化学、物理结构的改变。 ——还可同时得到温度曲线、压力曲线、总扭矩曲线等信息。 在不同温度和不同转速下测定，可了解加工性能与温度、 剪切速率的关系。
有关扭矩谱的几点注意事项：
§6.3
转
基本原理 基本结构 操作流程 结果分析 影响因素 注意事项 故障及排除方法 基本应用
矩
流
变
仪
基本原理
物料被加到混炼室中，受到两个转子所 施加的作用力，使物料在转子与室壁间 进行混炼剪切，物料对转子凸棱施加反 作用力，这个力由测力传感器测量，在 经过机械分级的杠杆力臂转换成转矩值 的单位牛顿.米（ N.m ）读数。其转矩 值的大小反应了物料黏度的大小。通过 热电偶对转子温度的控制，可以得到不 同温度下物料的黏度
流变仪主要操作流程
6、设定温度、压力和转速等测试参数 7、启动加热功能键
8、达到设定值方能启动电机功能键
9、启动数据记录功能键 10、数据分析、处理、备份和打印
一、 扭矩谱
扭矩谱
——在设定温度和转速(平均剪切速率)下，从转矩流变仪得 到的转矩随时间变化的曲线。
根据转矩-时间变化曲线，可对物料的流变行为与
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
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
实验九塑化性能转矩流变仪的测定汇报人：日期:•实验目的与原理•实验设备与材料•实验步骤与方法目录•实验结果分析与讨论•实验结论与建议•实验注意事项与安全措施01实验目的与原理掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法。
了解塑化性能与转矩流变仪测定的关系。
探究不同材料在转矩流变仪下的塑化性能表现。
转矩流变仪是一种用于测量材料在加工过程中所表现出的流动性和塑化性能的仪器。
在转矩流变仪中，材料被加热至一定温度，并在一定的剪切应力作用下进行塑化。
通过测量材料在塑化过程中的转矩变化，可以了解材料的塑化性能。
塑化性能是材料加工过程中的重要参数，对于材料的加工质量和效率具有重要影响。
通过转矩流变仪的测定，可以深入了解材料的塑化性能，为材料的加工和应用提供重要依据。
本实验有助于学生掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法，提高实验技能和实践能力。
实验意义02实验设备与材料转矩流变仪主要由主机、加热系统、转子、搅拌器等组成。
结构组成工作原理主要功能通过加热系统对物料进行加热，转子在物料中旋转产生剪切力，使物料发生流动和变形。
用于测量物料的塑化性能，如塑化温度、塑化时间、塑化扭矩等。
030201转矩流变仪介绍根据实验要求选择适当的原料，如聚合物、添加剂等。
原料根据实验要求选择适当的助剂，如增塑剂、润滑剂等。
助剂转矩流变仪、天平、量筒、烧杯等。
仪器与设备实验材料准备实验设备安装与调试设备安装按照说明书要求正确安装转矩流变仪，确保设备稳定可靠。
调试与校准对设备进行调试和校准，确保测量准确性和稳定性。
安全操作遵守设备操作规程，确保实验过程安全可靠。
03实验步骤与方法选择具有代表性的塑料样品，确保样品无杂质和缺陷。
样品选择将塑料样品进行干燥、清洁和预处理，以消除外部因素对实验结果的影响。
样品处理将干燥和清洁后的塑料样品切割成标准尺寸的试样，以便于后续的实验操作。
样品切割样品制备与处理检查塑化性能转矩流变仪的各项功能是否正常，确保仪器处于良好状态。
流变学实验-1 转矩流变仪应用试验
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 56.52174ACR丙烯酸酯共聚物 4 2.4 2.26CPE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 0.2869 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。
转矩流变仪的应用
塑料测试技术
主讲教师: 谭寿再 吴丽旋 周延辉 杨崇岭
资源共享课
转矩流变仪的应用
•主讲：吴丽旋
塑料测试技术
资源共享课
根据塑料原料哪些性能指标 来调试成型加工工艺参数
常 用 塑 料 原 料
吹膜
注射成型
挤出成型
3
塑料测试技术
资源共享课
转矩流变仪的使用
板材的热稳定性能怎样？ PET瓶原料粘度是多少？
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线分析
当此阻力被 克服后，转矩 开始下降 并 在较短时间内 达到稳态。
高聚物被加 入到密炼室中 时，自由旋转 的转子受到来 自固体粒子或 粉末的阻力， 转矩急剧上升。 当粒子表面开始熔融并发 生聚集时，转矩再次升高。 当粒子完全熔 融后，物料成为 易于流动的宏观 连续流体，转矩 再次达到稳态。
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线
根据转矩-时间变化曲线，可对物料的流 变行为与加工性能进行评价：
1. 转矩的绝对值直接反映物料的性质及其表观 粘度大小。 2. 转矩随时间的变化反映加工过程中物料均匀 程度的变化及其化学、物理结构的改变。 3. 还可同时得到温度曲线、压力曲线、总扭矩 曲线等信息。 4. 在不同温度和不同转速下测定，可了解加工 性能与温度、剪切速率的关系。
•
塑料测试技术
资源共享课
转矩-时间变化曲线
在设定温
度和转速(平 均剪切速率) 下，从转矩 流变仪得到
的转矩随时
间变化的曲 线。
图 1 典型的转矩随时间的变化曲线图 M1—最小转矩；M2—最大转矩；M3——平衡转矩 t1—物料受热压实时间；t2—塑化时间（熔融软化）；
实验九塑化性能转矩流变仪的测定
xx年xx月xx日
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验数据记录与分析 • 实验结论 • 参考文献
01
实验目的
了解实验的目的和意义
• 本实验旨在通过转矩流变仪测定塑料材料的塑化性能，深入 了解塑料在加工过程中的流变行为，为优化加工工艺、提高 制品质量提供指导。
实验操作
按照设定好的参数进行实验，观察并记录实验过 程中转矩、温度等变化情况。
注意事项
在实验过程中要密切关注实验变化情况，如出现 异常应立即停止实验并进行相应处理。同时要做 好实验记录和数据处理工作，以便后续分析和评 估。
04
实验数据记录与分析
实验数据的记录表格设计
1 2
表格名称
塑化性能转矩流变仪测定数据记录表
02
实验原理
塑化性能转矩流变仪的工作原理
工作原理
塑化性能转矩流变仪主要利用物料在高温高压下，受到一定剪切力作用时，发生 形变和流动的特性，通过控制系统对物料施加一定的剪切力，测量其相应的扭矩 变化，从而得到物料在一定温度、压力和不同转速下的塑化性能。
仪器结构
塑化性能转矩流变仪主要由加热系统、控制系统、测量系统和冷却系统等部分组 成。
转矩设置
根据样品的性质和实验要求设定转 矩，包括剪切转矩、拉伸转矩等。
变速设置
根据实验要求设定变速方式，包括 定速、变速等。
其他参数
根据实验要求设置其他相关参数， 如压力、气氛等。
实验操作流程及注意事项
实验前准备
确认转矩流变仪处于良好工作状态，检查实验样 品是否符合要求。
数据处理与分析
根据实验数据，进行数据处理和分析，得出实验 结果。
转矩流变仪结构.
7
3 9
6
8
7
塑料测试技术
资源共享课
转子类型 Roller转子
图像
适用材料
适于热塑性塑料、热固性 塑料的混合，可测试材料 的粘性、交联反应和剪切 /热应力 中等剪切范围内对热塑性 塑料和橡胶进行混合与测
Cam转子
试
Banbury转子 Sigma转子 Delta转子
用于天然橡胶、合成橡胶
塑料测试技术
资源共享课
转矩流变仪结构、原理、使用 转矩流变仪结构 转矩流变仪的组成
转矩流变仪工作原理
转矩流变仪的使用
塑料测试技术
资源共享课
一、转矩流变仪结构
聚合物在复杂加工条件下的性质 统称。 转矩流变仪可配备不同形式的螺 杆挤出机、密炼机提供了更接近 于实际加工的动态测量方法，可 以在类似实际加工的情况下，连 续、准确可靠地对材料的加工性 能进行测定，以适应各种类型材 料的测试研究。
资源共享课程
塑料测试技术
主讲教师: 谭寿再 吴丽旋 周延辉 杨崇岭
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转矩流变仪结构与原理
•主讲：吴丽旋
塑料测试技术
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根据塑料原料哪些性能指标 来调试成型加工工艺参数
常 用 塑 料 原 料
吹膜
注射成型
挤出成型
3
塑料测试技术
资源共享课
转矩流变仪结构、原理、使用
板材的热稳定性能怎样？ PET瓶原料粘度是多少？
一、转矩流变仪结构
转 矩 流 变 仪 的 结 构 软件 硬件
主机 辅机 包括密炼机、单 螺杆挤出机、双 螺杆挤出机、吹 膜机、压延挤带 机、电缆包履装 置和造粒机等。 配件 主要用于测量控制和测量数据储存、分析与结果输出等
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锥形反向双螺杆应用：陶瓷生坯带的制备
• Ceramic green tape extrusion for laminated object manufacturing
运行时间 [minutes]
材料： • PVC （硬质） 稳定性试验
测试点： • L = 负载点 • V = 谷点
（熔融过程起始点） • F = 熔点
（ 熔融过程结束） • S = 稳定扭矩 • M = 最低点 • O = 分解发生 • D = 分解峰值
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型3
约5-6月
steel barrel
用于食品挤出的特殊单螺杆挤出机机筒
特殊沟槽式挤出机机筒： 可挤出不粘壁材料
挤出机机筒
沟槽
挤出机螺杆
双螺杆挤出机类型
平行同向双螺杆挤出机PTW和锥形反向双螺杆挤出机CTW
双螺杆挤出机类型
同同向向旋旋转转
反向旋转
双螺杆挤出机对比
反向旋转双螺杆挤出机： - 规定的停留时间（适用于硬质PVC等） - 自洁功能 - 无需受控给料 - 高剪切 - 增压
PolyLab OS - 新设计
PolyLab OS - 新设计
PolyLab OS 应用试验 PolyLab OS
相对测量
其他CAN传感器
绝对测量
密炼机 试验
挤出机 试验
单螺杆 挤出机
双螺杆 挤出机
流变测量
圆棒毛细管 试验
狭缝毛细管 试验
• 实验室（测量）密炼机 ：
PolyLab OS 测量系统
相同门尼粘度的混合生胶
30
Torque [Nm]
25
20
扭 15
矩
10
5
批次 1
批次 2
Rheomix600, Banbury转子 温度：130℃, 转速：60 rpm, 质量：63 g
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
T时im间e（[mminin）]
PES树脂交联
Torque [Nm]
12
Rheomix540, Delta转子
• 稳定扭矩点（S）： 表示扭矩达到稳定状态。 稳定扭矩根据分解发生点设置
• 最低点（M）： 表示材料到达最低粘度。
• 降解产生（O）： 材料开始发生分解的时间。 此点对处理稳定性至关重要。 可设置为扭矩的百分比值 高于最低扭矩。
• 分解峰值（D）： 分解到达最高值时显示。 扭矩值重要性不大，仅用于计算分解速率。
电加热密炼机：Rheomix 600 / 3000
• 电加热 • 压缩空气冷却 • 3区加热：
后板 / 中碗 / 前板 • 温度范围：室温到400 ℃ • 可程序升温 • 可自由更换转子：
- Roller 转子 - Cam转子 - Banbury 转子 - Sigma 转子 • 加料可手动或气动操作
密炼机的各种转子
Roller转子 Banbury转子
密炼机转子及应用
用于混合热塑性材料，如聚烯烃、聚氯乙烯、工 程塑料等
用于混合弹性体，还可用于将粉末混合到热塑料 材料中 橡胶行业中应用更为普遍
Delta转子 Cam转子 Sigma转子
密炼机转子及应用
热固性材料的混合和交联，使用540型锥形密炼腔 热塑料、较少轴向分布，陶瓷复合物、食品（粘稠、 高扭矩）
Abstract Al2O3 and SiC green tapes with 0.2 mm thickness used for LOM (laminated object manufacturing ) were prepared from a 75 wt.% ceramic suspension in a LDPE based organic vehicle followed by extrusion. Rheological characterization of the alumina and SiC suspensions were studied.
• 稳定时间： “S”（稳定扭矩）和“O”（分解发生点）之间的时间。 此值表示有关加工混合物的加工时间和稳定性。
应用：PVC 稳定性试验
Torque [Nm]
50
Rheomix600, Roller转子
45
温度：170 ℃, 转速：60rpm, 质量：65g
40
35
30
a
25
a b
20
b
15
a： PVC 干混料（ 稳定剂1.9%）
10
b： PVC 干混料 （稳定剂 2.0%）
5
0
0
5
10
15
20
Time [min]
扭矩
密炼机试验和挤出机的相关性 示例： PVC稳定性
时间
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型4&5
扭矩
稳定时间
LS
运行时间
M OD
材料： • PVC 粒料（稳定性试验） • 交联材料 （PE、橡胶、热固性材料 ）
n = 70 rpm
Time [min]
Compound 1 Compound 2 n = 5 rpm
扭矩 [Nm] 能量 [kJ]
密炼机–应用 使用密炼机改善工艺条件
热熔挤出生产： 流程 1： A + B + C 流程 2： A + C + B
扭矩 1
扭矩 2
时间 [min]
能量 1 能量 2
特氟隆挡板 筛板
此点仅作为计算的时间依据。 扭矩值根据载料类型而定。 载料速度和载料强度可人为调控。
• 谷点（V）： 表示PVC 干混料开始熔融。 此点对混合物配方至关重要。
• 熔点（F）： 表示PVC熔融完成。 此点对混合物配方至关重要。 超过此点值后，扭矩由于摩擦/热量开始降低。
• 最低点（M）： 表示材料到达最低粘度。
Torque [Nm]
80
70
60
50
扭 40
矩
30
20
10
0 0
稳定剂对聚酰胺的影响
Rheomix600, Roller转子 温度：280℃, 质量：52g, 转速：60 rpm
PA6（使用稳定剂）
PA6（不使用稳定剂）
5
10
15
20
25
时T间im（时分间e）（[m分i）n]
使用不同炭黑的SAN
样品量对PVC熔融的影响
Rheomix600, Roller转子, 温度：160℃, 转速：40 rpm
m：66 g m：60 g
m：64 g
样品重量对PVC熔融的影响
m： 60 g
m： 66 g
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型3
扭矩 [Nm] 稳定时间
L VF S
MOD
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
扭矩 [Nm]
L
M
Hale Waihona Puke 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
运行时间
材料： • 聚烯烃 ：
聚乙烯 PE 、聚丙烯 PP • 工程塑料：
PS、PA、PC、PEEK、 LCP
测试点： • L= 负载点
检测整个密炼机装料过程，此点仅作 为进一步计算的时间依据，扭矩值根 据装料情况而定 • M = 最低点 最低熔体粘度
L
V
F
M
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
运行时间 [min]
材料： • PVC （硬质）
测试点： • L = 负载点 • V = 谷点
（熔融过程的起始点） • F = 熔点
（ 熔融过程完成） • M = 最低点
PolySoft软件常规评估 - 曲线类型2
• 负载点（L）： 表示密炼机填料完毕并且关闭。
• Yumin Zhang )*, Xiaodong He, Jiecai Han, Shanyi Du • Center for Composite Materials, Harbin Institute of
Technology, Harbin 150001, China March 1999,
传感器端口 （标配2个, 其他可选）
带发泡端口的单螺杆挤出机 气体进样阀
加料冷却
加热和冷却套
带发泡端口的单螺杆
特殊的双金属单螺杆挤出机机筒
• 应用1：高填充聚合物 ABS, EVA, LCP, PA, PC, PE, PI, POM, PS, PBTP, PETB, PVC, PP, Thermosets, 酚醛树脂牌号：11, 12, 31 聚酯树脂牌号：801 to 804
密炼机气体流量传感器
气体出口
应用:
- 发泡混合物 - 降解实验
气体流量传感器测试结果
• 实验室（测量）挤出机：
PolyLab OS 测量系统 挤出机
单螺杆挤出机
双螺杆挤出机
“外部设置"
同向旋转
反向旋转
锥形
平行
单螺杆挤出机类型
标准单螺杆挤出机 加热和冷却套
进料冷却
螺杆背压测量 传感器 （可选）
• 转矩流变仪及其测量传感器是： 小型化的生产设备 （密炼机、挤出机、转子、后牵引设备）
• 测试流程与生产相似
转矩流变仪 PolyLab OS
RheoDrive（主机） + 密炼机/挤出机（测量系统）+附件
RheoDrive
密炼机 单螺杆挤出机