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流变测试应用
流变测量在聚合物表征中可用测定流动曲 线、重均分子量、分子量分布、支链、玻 璃化温度、熔融/结晶温度和相分离温度等。
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锥板
锥板是黏弹性流体流变学测量中使用最多 的夹具，其优点主要在于剪切速率没有径 向依赖，即整个测试流场内恒定。
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平行板
平行板结构也主要用来测量熔体流变性能。 对于直径为25 mm的锥板，经常使用的间 隙为1-2 mm；对于特殊用途如测试多相体 系，可使用更大的间隙，以便确保间距比 分散粒子大很多。
Amplitude of Strain or Stress
Time
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振荡（动态）测试
频率扫描
测试过程中固定温度和线性黏弹区的应变或应 力的振幅，逐步增加振荡频率，记录动态模量 对频率的变化。
Strain or Stress
Time
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振荡（动态）测试
温度斜坡
测试过程中固定频率和线性黏弹区的应变或应 力的振幅，程序控制温度，记录动态模量对温 度的变化。
0 cos sint 0sin cost
in phase with strain
in phase with strain rate
t
0
0
cos 0
sint
0sin0Fra bibliotekcost
G' (elasti精c制）课件
G（" viscous） 13
动态模量
G’ 为弹性模量，又称为储能模量，代表材 料的弹性； G” 为黏性模量，又称为损耗模量，代表材 料的黏性。 损耗模量对储能模量的比值称为损耗因子 或损耗角正切，即
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小振幅振荡剪切的数学处理
对材料施加一个正弦形变刺激
(t) 0 sint
其中式中 0 为振幅， 为频率
如果该振幅位于材料的线性黏弹区内，那 么响应的应力也是正弦的，可以写为
t 0 sint
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小振幅振荡剪切的数学处理
t 0 sint
0 sintcos 0 costsin
tan G"/ G' 小振幅振荡剪切记录的是动态（储能、损 耗）模量对温度、频率等的变化。
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小振幅振荡剪切的各参量
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旋转流变仪仪器结构
旋转流变仪一般是通过一对夹具的相对运 动来驱动样品的变形或流动。根据结构设 计不同，分为应力控制型和应变控制型
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TA Instruments流变仪
stress
time
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蠕变与回复
纯弹性和纯黏性材料的蠕变行为特征
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蠕变与回复
通过蠕变与回复可以得到零剪切黏度、平 衡柔量等。
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应力松弛
应力松弛就是对样品施加一阶跃应变，记 录应力（或模量）对时间的变化。
Strain
time
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应力松弛
纯弹性和纯黏性材料的应力松弛特征
应力控制型—AR系列
应变控制型—ARES系列
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测试夹具（转子）
同心圆筒
锥板
平行板
固体扭摆
低黏到高黏流体
水
低黏到高黏流体 低黏流体到软固体
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固体
钢
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同轴圆筒
当内、外筒间隙很小时，同轴圆筒间产生 的流动可以近似为简单剪切流动，因此， 同轴圆筒是测量中、低黏度均匀流体黏度 的最佳选择，但它不适用于聚合物熔体、 糊剂和含有大颗粒的悬浮液。
shear rate temperature
Viscosity (Pa)
time
1000
100
10 20
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40
60
80
Temperature (oC)
100
120
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振荡（动态）测试
振幅扫描
测试过程中固定温度和频率，逐步增加应力或 应变的振幅，记录动态模量对振幅的变化。振 幅扫描的主要目的在于获取材料的线性黏弹区。
平行板夹具的主要缺点是夹具间流场不均 匀的，即剪切速率沿着径向方向线性变化。
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旋转流变测试模式
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旋转（流动）测试
稳态速率扫描—流动曲线获取
阶梯式地施加不同的剪切速率，记录达到稳态 时的剪切应力和黏度。
shear rate
time
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旋转（流动）测试
速率斜坡（瞬态测试）—触变性测试
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旋转流变测量原理之简单剪切
简单剪切变形—测黏流动
在两个无限大的平行板之间充满液体，其中一 板固定，另一板平行移动，流体在曳引作用下 流动
/
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旋转流变测量原理之小振幅振荡剪切
一板固定，另一板来回运动，两板间的流 体发生振荡剪切变形。
实时形变
t 0 sin(t)
应变振幅 0 a / b
线性增加或降低剪切速率，记录瞬态应力响应。
shear rate
time
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旋转（流动）测试
阶跃速率（恒定速率测试，瞬态测试）
对样品阶跃地施加一个恒定的剪切速率，记录 剪切应力随时间的变化。
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旋转（流动）测试
温度斜坡
恒定剪切速率下线性升高或降低温度，记录剪 切应力或黏度对温度的变化。
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爬杆与Weissenberg效应
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5
挤出胀大与Barus效应
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6
无管虹吸
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流变学—研究物质流动和变形 的科学
“万物皆流，万物皆变。” “The mountains flowed before the
Lord.”
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测量流变性能的仪器
测量流变性能的仪器有毛细管流变仪、旋 转流变仪和拉伸流变仪等。
Time
Strain or Stress Temperature
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振荡（动态）测试
时间扫描
测试过程中固定温度、频率和线性黏弹区的应 变或应力的振幅，记录动态模量随时间的变化。 时间扫描主要用于交联（固化）、降解等过程 的表征，。
Time
Strain
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蠕变与回复
蠕变与回复就是先对样品施加一段时间的 一阶跃应力然后撤去，记录应变（或柔量） 对时间的变化。
流变性能测试
Rheometry
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1
流变性能测试
流变测试原理
简单剪切 小振幅振荡剪切
旋转流变仪
仪器结构 测量夹具
旋转流变测试模式
旋转测试 振荡测试 蠕变及回复 应力松弛
流变测试应用实例
分子量及其分布表征 相分离表征
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2
聚合物材料特征流动现象
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3
管流与剪切变稀
垂直双管中分别放置 低剪切速率下黏度相 同的牛顿流体（例如 甘油的水溶液）和高 分子溶液（例如聚丙 烯酰胺水溶液）。起 始液面相平，打开阀 门使流体流出，试问 哪个液面下降快？