实验九毛细管流变仪测定聚合物的流变特性(精)
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。
实验九毛细管流变仪测定聚合物的流变特性(精)
思考题
1. 如何从流动曲线上求出零剪切粘度η0并讨 论η0与聚合物分子参数的关系。
2. 测定表观粘流活化能ΔEη有何意义？
实验原理
实验仪器及药品
1. 仪器：XLY-Ⅱ型流变仪。毛细管 （R=0.25mm,L=36mm;R=0.5mm,L=40 mm）。
2. 药品：聚苯乙烯，聚丙烯，涤纶（均为粒 料）。
实验步骤
1. 试样处理 试样在测定流动曲线前先进行真空干燥2h 以上①，以除去水分及其它挥发性杂质。
实验步骤
2. 流动速率曲线的测定 ①选择适当长径比的毛细管，从料筒下面旋上料筒中，并 从料筒上面放进柱塞。 ②按照XLY-Ⅱ型流变仪使用说明书接通控制器及记录仪的 电源。 ③选择实验温度（本实验依试样不同可选择190℃、 230℃、260℃、290℃）和升温速度。 ④待温度恒定后，从料筒中取出柱塞，放入约2g试样， 放进柱塞，并使压头压紧柱塞。恒温10min后加压，记录 流变速率曲线。 ⑤改变负荷，重复上述操作。每个温度共做5~6个不同负 荷下的流变速率曲线。再改变温度，重复上述操作②。 ⑥实验结束后，停止加热。乘热卸下毛细管，并用绸布擦 净毛细管及料筒③
实验九 毛细管流变仪测定聚
合物的流变特性
实验目的
1. 了解高聚物流体的流动特性 2. 掌握用毛细管流变仪测定高聚物熔体流动
特性的实验方法和数据处理方法
实验原理
• 高聚物熔体（或浓溶液）的流动特性，与 高聚物的结构、相对分子量及相对分子质 量分布、分子的支化和交联有密切的关系。 了解高聚物熔体的流动特性对于选择加工 工艺条件和成型设备等具有指导性意义。 高聚物流体多属非牛顿流体，不同类型的 流变曲线如图所示。用毛细管流变仪可以 方便地测定高聚物熔体的流动曲线。
细管法测定流变性(精)
du ( )b dr
Q •0
R
du r（ ）dr （2-27） dr
2
与时间无关的非牛顿流体
由 Q
D 2
4 V
• 由于与时间无关的非 牛顿流体的剪切速率 2 R D du 2 V r（ ）dr 与剪切应力存在着对 0 • 则 4 dr 应关系（流变方程）， 32 可用一般形式表示为： • 上式两边同乘 ，
管流的流动特征值
• 根据牛顿流变方程，有 • 无论哪一类流体，管流中 • ( du ) （2-24） 的任意处的剪切速率都可 b b 8V dr 以表示为 的函数， • du 8V D ( )b 所以称为 管流的流动 • 式中， dr 是流体在管壁 特征值。 D 处的剪切速率，比较（ 2• 测 取 一 系 列 的 ΔP 和 对 应 23）和（2-24）看出 的Q，ΔP换算为τb du 8V （2-25）
• 代入（ 2-39 ），可得摩阻 16 • 则 Cf 系数的计算公式 Re ' 2(3n 1) n 64 2[ ] 4 C • 或 f ' n Re Cf Re
• 3、宾汉姆流体： f ( ) b ， • 对 （ 2-37 ） 式 两 边 都 乘 B 以 32 ，并整理后得： b 3 D • 当τ≥τ0时 B
(
dr
)b
D
PD • （ b 4 L ），
• 上式说明，当牛顿流体沿 • 将Q换算为 8V 32Q D D3 圆管作层流流动时，其在 • 管壁 处的剪切速率等 du 8V )b • 既 ( 于 。
D
dr
非牛顿流体
• 为求得与时间无关的非牛 • 从流量的积分表达式： 顿流体的流变曲线，要设 • （2-26 R 法求得非牛顿流体沿管流 Q u 2rdr 0 动时的的τb和对应的 • u 是 r 的函数，分布积分上 du ( )b 式，设y=u,则dy=du dr • z=πr2, 则dz=2πrdr • 同样可以作出其流变曲线， b b b ydz [ yz]a zdy 确定其流变特性。 a a R 2 R 2 du • 前面已推导的剪切应力的 Q R u 2rdr [ur ]0 r dr 0 0 计算式适用于与时间无关 dr 的任何流体，因此需求出 • 当r=R时，u=0，则上式
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：
塑料熔体流变性(毛细管流变仪)
塑料熔体流变性（毛细管流变仪）（参考GB/T 16582——1996部分结晶聚合物熔点试验方法毛细管法）塑料熔体流变性有多种测定方法，通常随使用的仪器类型而不同，用于测量流变性能的仪器一般称为流变仪，有时又叫粘度计。
在测定和研究塑料熔体流变性的各种仪器中，毛细管流变仪是一种常用的较为合适的实验仪器，它具有多种功能和宽广范围的剪切速率容量。
毛细管流变仪即可以测定塑料熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观或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不稳定流动（包括熔体破裂）现象。
从而测其加工行为，作为选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；或者为辅助成型模具和塑料机械设计提供基本数据。
一、实验目的1、掌握塑料熔体流变性的测试原理；2、了解转矩流变仪的操作方法；二、实验原理毛细管流变仪测试的基本原理是：设定一个无限长的圆形毛细管中，塑料熔体在管中的流动为一种不可压缩的粘性流体的稳定层流流动；由于流体具有粘性，它必然受到来自管壁与流体方向相反的作用力。
通过粘滞阻力应与推动力相平衡等流体力学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应力和剪切速率与压力、熔体流速的关系如下：材料流经毛细管时的剪切应力为：τ=R·⊿P/2L （1）其中 R—毛细管的内半径，这里 R=0.635 mm⊿P—材料流经毛细管的压力差kg/cm2L—毛细管的长度，例如选择长径比为30：1的毛细管，L=38.1mm 剪切速率为：=4Q/πR3 (2)其中 Q—挤出流量cm3/s由此，在温度和毛细管长径比（L/2R）一定的条件下，测定不同的压力下塑料熔体通过毛细管的流动速率Q，由流动速率和毛细管两端的压力差⊿P，可计算出相应的剪切应力和剪切速率，将一组对应的τ和在对数座标纸上绘制流动曲线，即可求得非牛顿指数（n）和熔体的表观粘度（ηa）；改变温度或改变毛细管长径比，则可得到代表粘度对温度依赖性的粘流活化能；以及离模膨胀比等表征流变特性的物理参数。
毛细管流变仪实验报告
毛细管流变仪实验报告
《毛细管流变仪实验报告》
实验目的：通过毛细管流变仪实验，探究不同溶液在毛细管内的流动特性，了
解流变学的基本原理。
实验原理：毛细管流变仪是一种用于测量流体流动性质的仪器，通过观察毛细
管内流体的流动情况，可以得出流体的粘度、流变特性等参数。
实验中，我们
将不同浓度的聚合物溶液注入毛细管中，通过观察溶液在毛细管内的流动情况，来研究溶液的流变特性。
实验步骤：
1. 将毛细管流变仪调整到适当的工作状态，保证仪器处于稳定状态。
2. 准备不同浓度的聚合物溶液，并将其注入毛细管内。
3. 观察溶液在毛细管内的流动情况，记录流动时间、流速等参数。
4. 根据实验数据，计算出溶液的粘度、流变指数等参数。
实验结果：通过实验我们得到了不同浓度的聚合物溶液在毛细管内的流动情况，发现随着浓度的增加，溶液的粘度也随之增加，流速减小。
通过对实验数据的
分析，我们得出了不同浓度的聚合物溶液的流变特性，了解了溶液的流动规律。
实验结论：毛细管流变仪实验为我们提供了一种直观的方法，来研究流体的流
变特性。
通过实验我们了解了不同浓度的聚合物溶液的流动规律，得出了溶液
的粘度、流变指数等参数，为我们深入理解流变学的基本原理提供了重要的实
验数据。
总结：毛细管流变仪实验为我们提供了一种直观的方法，来研究流体的流变特性。
通过实验我们了解了不同浓度的聚合物溶液的流动规律，得出了溶液的粘
度、流变指数等参数，为我们深入理解流变学的基本原理提供了重要的实验数据。
希望通过这次实验，我们能够更加深入地了解流变学的理论知识，为今后的科研工作提供有力的支持。
毛细管流变仪的原理及应用
毛细管流变仪的原理及应用毛细管流变仪是一种常用的实验仪器，用于研究流体的流变特性。
它的原理是基于毛细管现象和流体的黏性耗散行为。
毛细管现象是指当流体通过一个细长管道或孔时，由于表面张力的作用，会导致流体在管道或孔中产生压力差。
流体的黏性耗散行为是指在流体内部，由于分子间的相互作用力，使流体具有一定的粘性和黏滞性。
毛细管流变仪通过放置一个细长的毛细管在一个流体样品中，通过施加一个小的外力，来测量流体的流变特性。
具体操作步骤如下：首先选择合适的毛细管，并将其放在样品中，待样品充分湿润毛细管表面后，通过施加一个小的压力或重力，使样品在毛细管中发生流动。
然后，通过测量毛细管两端高度差或流速来确定流动速度，进而计算出流体的黏度。
根据施加不同的压力或重力，可以得到流体在不同剪切应力下的流变行为，从而分析流体的黏性特性和流变性质。
毛细管流变仪有着广泛的应用领域。
首先，在化学领域，毛细管流变仪可以用来研究聚合物的流变行为，如聚合物的黏度、流变特性及其与温度、浓度和外界条件的关系。
此外，毛细管流变仪还可以用于研究溶胶和胶体的流变行为，如悬浮液、乳液和微粒分散体系的流变特性，以及聚集态的形成与破坏机制。
其次，在材料科学领域，毛细管流变仪可以用于研究液态材料和凝胶材料的流变性质，如胶体浆料、涂料和粘合剂的黏度、流变特性以及随时间的变化。
毛细管流变仪还可以用于研究纳米材料的流变行为，如纳米颗粒的分散性、聚集与分散机制以及与溶剂、表面改性剂等的相互作用。
此外，在食品科学领域，毛细管流变仪可以用来研究食品的流变特性，如浆料、糊状物和乳状液的黏度、流变行为以及与温度、配方等因素的关系。
毛细管流变仪还可以用于研究食品加工过程中流体的流变行为，如搅拌、混合、输送、喷雾等。
研究流体的流变性质和流变行为对于食品的加工和质量控制具有重要意义。
总之，毛细管流变仪的原理基于毛细管现象和流体的黏性耗散行为，通过测量流体在毛细管中的流动速度和施加的剪切应力，来研究流体的黏性特性和流变性质。
高分子材料专业实验-聚合物材料熔体流变曲线测定
聚合物材料熔体流变曲线测定实验目的1．了解高分子材料熔体流动变形特性以及随温度、应力、材料性质塑化性能变化规律；2．掌握由高分子材料流变特性拟定成型加工工艺的方法；3．熟悉毛细管流变仪测定高分子材料流变性能的原理及操作。
实验原理毛细管流变仪测试的基本原理是：设定在一个无限长的圆形毛细管中，塑料熔体在管中的流动为一种不可压缩的黏性流体的稳定层流流动；毛细管两端的压力差为△P，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，通过粘滞阻力应与推动力相平衡等流体力学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应力（ζw）和剪切速率（γw）与压力、熔体流率的关系。
ζw=式中 R——毛细管的半径（cm）L——毛细管的长度（cm）△P——毛细管两端的压力差（Pa）γw=4Q/∏R3式中Q——熔体容积流率（cm3/s）由此，在温度和毛细管长径比（L/D）一定的条件下，测定在不同的压力下塑料熔体通过毛细管的流动速率（Q），由流动速率和毛细管两端的压力差△P，可计算出相应的ζw和γw 值，将一组相应的ζw和γw在双对数座标纸上绘制流动曲线图，即可求得非牛顿指数（n）和熔体表现粘度（ηa）。
但是，对大多数塑料熔体来说都属于非牛顿液体，而且实验中毛细管长度有限，因此，必须进行“非牛顿改正”和“入口改正”，才可得毛细管壁上的真实剪切速率和剪切应力。
主要原料及设备仪器主要原材料：LDPE 18D 粒料，大庆石化；分5组，每组1g；仪器设备：CFT－500D毛细管流变仪（恒负荷）毛细管口模长径比（L/D）：10:1；直径：1mm；活塞截面积：1cm2实验条件与操作1、条件实验温度：190℃预热时间：200s实验负荷：20kg；30kg；50kg；70kg；90kg砝码重量＝（实验负荷－5）/10砝码重量：1.5kg；2.5kg；4.5kg；6.5kg；8.5kg2、操作A 、启动HAAKE 微机控制转矩流变仪的微机及动力系统，按实验要求设定所用的实验参数。
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②在各种温度的lgηa-lgDw 曲线图中，从某 相同的切变速率下读取ηa值。再绘制等切 变速率下的lgηa - i/T 关系曲线，并从直线 的斜率计算该试样的表观粘流活化能ΔEη。
实验九 毛细管流变仪测定聚
合物的流变特性
实验目的
1. 了解高聚物流体的流动特性 2. 掌握用毛细管流变仪测定高聚物熔体流动
特性的实验方法和数据处理方法
实验原理
• 高聚物熔体（或浓溶液）的流动特性，与 高聚物的结构、相对分子量及相对分子质 量分布、分子的支化和交联有密切的关系。 了解高聚物熔体的流动特性对于选择加工 工艺条件和成型设备等具有指导性意义。 高聚物流体多属非牛顿流体，不同类型的 流变曲线如图所示。用毛细管流变仪可以 方便地测定高聚物熔体的流动曲线。
思考题
1. 如何从流动曲线上求出零剪切粘度η0并讨 论η0与聚合物分子参数的关系。
2. 测定表观粘流活化能ΔEη有何意义？
实验原理
实验仪器及药品
1. 仪器：XLY-Ⅱ型流变仪。毛细管 （R=0.25mm,L=36mm;R=0.5mm,L=40 mm）。
2. 药品：聚苯乙烯，聚丙烯，涤纶（均为粒 料）。
实验步骤
1. 试样处理 试样在测定流动曲线前先进行真空干燥2h 以上①，以除去水分及其它挥发性杂质。
实验步骤
2. 流动速率曲线的测定 ①选择适当长径比的毛细管，从料筒下面旋上料筒中，并 从料筒上面放进柱塞。 ②按照XLY-Ⅱ型流变仪使用说明书接通控制器及记录仪的 电源。 ③选择实验温度（本实验依试样不同可选择190℃、 230℃、260℃、290℃）和升温速度。 ④待温度恒定后，从料筒中取出柱塞，放入约2g试样， 放进柱塞，并使压头压紧柱塞。恒温10min后加压，记录 流变速率曲线。 ⑤改变负荷，重复上述操作。每个温度共做5~6个不同负 荷下的流变速率曲线。再改变温度，重复上述操作②。 ⑥实验结束后，停止加热。乘热卸下毛细管，并用绸布擦 净毛细管及料筒③