第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
用入口压力降表征硬聚氯乙烯制品的凝胶化程度
零长毛细管流变仪的结构完全同普通毛细管流变仪，只是其配用
的毛细管的长径比很小，—般为L/D＝0.4。这使得物料通过零长毛细
管的流动相当于只是通过毛细管入口区的流动，其压力降几乎全部消 耗在入口压力降上。 入口压力降的大小主要反映了物料流经入口区时储存弹性形变能 的大小，反映了物料弹性的高低。 凡凝胶化程度高的熔体，其弹性性能好，入口压力降就大，反之
ln R
lnR
lnD
ln
非牛顿流体流动曲线
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
计算方法： ①首先把流经毛细管的任何流体均视为牛顿型流体，测量 其体积流量Q或平均流速。求出管壁处的表现剪切速率N； ② 然后根据具体物料的性质（R与N之间的本构依赖关系 或测量得到的 R ~ N 关系曲线），求出m值；
第五章 流变测量学
根据物料的形变历史，流变测量实验可分为：
稳态流变实验 实验中材料内部的剪切速率场、压力场和温度场恒为常数， 不随时间变化。
动态流变实验
实验时材料内部的应力和应变场均发生交替变化，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或应变发生阶跃变化，即相当于一个 突然的起始流动或终止流动。此类实验中材料的多种力学性质得
③由Rabinowich-Mooney公式求出该物料流经毛细管时在管
壁处的真实剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
采用毛细管流变仪测量物料粘度的步骤 ： ①通过测量完全发展流动区上的压力降计算管壁处物料所 受的剪切应力R ② 通过测量体积流量或平均流速计算管壁处的真实剪切
第六章 流变测量学
第一节毛细管流变仪的测量原理和方法
1 毛细管流变仪的基本构造 2 完全发展区内的流场分析 3 入口区附近的流场分析，Bagley修正 4 出口区的流动情形
第二节转矩流变仪的原理和用途
1 转矩流变仪的组成 2 混炼器在塑料加工中的应用 3 挤出机在表征和评价塑料加工性能中的应用 4 转矩流变仪在塑料加工中的其他应用
速率 R ，
③ 由此计算物料的粘度 a R R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
对于牛顿流体：
4Q m 1, R D 3 R
K n
3n 1 R N 4n
实的粘弹性变化规律及与材料结构参数间的内在联系，
由此检验本构方程的优劣，指导本构方程理论的发展。
第五章 流变测量学
流变测量学首先必须担当起如下两项任务
理论上，要建立起各种边界条件下的可测量的量(如压力、扭
矩、转速、频率、线速度、流量、温度等)与描写材料流变性质
但不能直接测量的物理量(如应力、应变、应变速率、粘度、模 量、法向应力差系数等)问的恰当联系，分析各种流变测量实验
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
r (p) rz 2l
r P 2l R 4 P
8Ql
R
4Q R 3
牛顿流体
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
真实
3m 1 N 4m
Rabinowich-Mooney公式
用于计算非牛顿型流体流经毛细管时，在毛细管管 壁处物料承受的真实剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
• 定义一个新的物理量D：
4Q D 3 R
。 • 对牛顿流体：D＝R(△p)/2l，即在管壁处的剪切速率 R
• 对非牛顿流体，D具有剪切速率的意义，但不是真实的剪切 速率，我们称它为管壁处的表观剪切速率。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
r 2l

P
R R 2l
r R

P
r2 R2
R

R
R
2 2
d
dr
R Q 3 R
3

R
0
2d
R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式R源自3 2 Q 3 d R 0
其中根据测量原理不同又可分为恒速型（测压力）和恒压型
（测流速）两种。通常的高压毛细管流变仪多为恒速型；塑料工 业中常用的熔融指数仪属恒压型毛细管流变仪的一种。
转子型流变仪
根据转子几何构造的不同又分为锥－板型、平行板型、同轴 圆筒型等。橡胶工业中常用的门尼粘度计可归为一种改造的转子
型流变仪。
第五章 流变测量学

R
0
3 D R 2d 4
dD 4R 3D d R R R
3 1 d ln D R D 4 4 d ln R
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
Q/R2
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
毛细管内幂律流体的速度分布不同于牛顿流体
当n<1，流体呈假塑性时，管 内流体的流速分布曲面比牛 顿型流体的抛物面扁平些， 呈柱塞状。 当n>1，流体呈胀流性时，流 速分布曲面呈突前形。
第三节 锥板流变仪
第五章 流变测量学
流变测量的目的 物料的流变学表征
这是最基本的流变测量任务。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。
第五章 流变测量学
流变测量的目的 工程的流变学研究和设计
缺点：
切变速率不均一，而是沿毛细管的径向发生变化；
需要做一系列校正。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
1 毛细管流变仪的基本构造
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
物料从直径宽大的料筒，经挤压通过有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的变化。 入口附近有明显的流线收敛行为， 它将影响到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，弹性液体表 现出挤出胀大，流线又随之发生 变化。因此物料在整根毛细管中 的流动可分为三个区：入口区、 完全发展流动区、出口区
常见流变仪的类型
转矩流变仪 实际上是一种组合式转矩测量仪，它带有一种小型密炼和小 型螺杆挤出机及各种口模。优点在于其测量过程与实际加工过程 相仿，测量结果更具工程意义。常见的有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件能，其结构同转子型流变仪。 只是通过改造控制系统，使其转子不是沿一个方向旋转，而是作 小振幅的正弦振荡。所谓的weissenberg流变仪属于此类。
借助于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的关
系，为实现工程最优化，为完成设备与模具CAD设计提 供可靠的定量依据。
第五章 流变测量学
流变测量的目的 检验和指导流变本构方程理论的发展 这是流变测量的最高级任务。这种测量必须是科学 的，经得起验证的。通过科学的流变测量，获得材料真
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
入口压力损失
p pent pcap pexit
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
入口压力损失
由于物料在入口区经 历了强烈的拉伸流动和剪
切流动，以至于储存和损
耗了部分能量的结果。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
Bagley的修正
选择三根长径比不同的毛
细管，在同一体积流量下， 测量压差与长径比L/D的关系
并作图。延长图中直线交p
轴，其纵向截距就等于入口 压力降pent 。
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
R
4Q 4 D 3 3 R R
对积分上限R求导

R
0
2d
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
第一节 毛细管流变仪的测量原理和方法
2 完全发展区的流场分析
剪切速率的计算，Rabinowich-Mooney公式
dD 4R 12 R 2 4 d d R R R 0
3 入口区附近的流场分析，Bagley修正
用入口压力降表征硬聚氯乙烯制品的凝胶化程度
在硬质聚氯乙烯制品加工中，聚氯乙烯的塑化程度一直是质量控
制的关键。聚氯乙烯中存在的微晶可能同时含有几根分子链、形成一