流变分析PPT学习教案

1、会计学1 流变分析流变分析 14.1 14.1 流变学基础知识流变学基础知识 14.2 14.2 旋转式流变仪旋转式流变仪 14.3 14.3 毛细管流变仪毛细管流变仪 14.4 14.4 转矩流变仪转矩流变仪 14.5 14.5 流变仪的选择流变仪的选择 高分子材料分析高分子材料分析 第十四章第十四章 流变性能分析流变性能分析 第1页/共34页 14.1 14.1 流变学基础知识流变学基础知识 高分子材料分析高分子材料分析 第2页/共34页 物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。 即用一些参数把应力即用一些参数把应力()和应变和应变()的关系

2、表示为流变方程式。的关系表示为流变方程式。 流变特性：流变特性： 第3页/共34页 Fu dy du 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 dy du 剪切速率剪切速率 第4页/共34页 流体分类流体分类: : 高分子材料分析高分子材料分析 第5页/共34页 E 宾汉流体 胀塑流体牛顿流体 y 剪切速率 屈服胀塑流体 非依时性流体的流动曲线非依时性流体的流动曲线 屈 服 应 力 假塑流体 屈服假塑流体 第6页/共34页 做做 曲线，可以求出曲线，可以求出n n n=1, n=1, 牛顿流体牛顿流体 n1n1，胀塑流体，胀塑流体 n1n1，假塑流体，假塑流体 lglglgn lglg 高分子材料分析高分子材

3、料分析 n 非依时性流体，非依时性流体，粘度粘度不随时间变化不随时间变化 第7页/共34页 高分子材料分析高分子材料分析 第8页/共34页 smPasPa s mN 10001 : /: 1 2 习惯用泊、厘泊表示：习惯用泊、厘泊表示： cpsmPa cpsPa 11 10001 高分子材料分析高分子材料分析 牛顿型流体牛顿型流体 第9页/共34页 高分子材料分析高分子材料分析 第10页/共34页 对于非牛顿流体，一般用表观粘度表示，也 有用初始粘度、稠度等表示。 表观粘度：随剪切应力或剪切速率而改变， 用表观粘度可以大致了解流体在某一剪切速率 下的流动性。 仅仅用一个表观粘度难以描述非牛顿流

4、体 的流动曲线。 第11页/共34页 a 表观粘度表观粘度： 连接原点和给定连接原点和给定 减切速率在曲线减切速率在曲线 上的对应点所做上的对应点所做 割线的斜率。割线的斜率。 d d c 稠度：稠度： 选定剪切速率在选定剪切速率在 曲线上的对应点曲线上的对应点 对该曲线所做切对该曲线所做切 线的斜率。线的斜率。 0 初始粘度：初始粘度： 零切变粘度零切变粘度 高分子材料分析高分子材料分析 第12页/共34页 第13页/共34页 1. 1. 旋转式流变仪器旋转式流变仪器 同轴圆筒粘度计同轴圆筒粘度计 测定粘度的基本仪器，由两个同轴圆筒组成，在两个圆筒之间装填被测流体。内筒以一定的速度旋转，测定

5、作用在外筒上的转矩，根据转矩与转速的关系，测定粘度。测定粘度的基本仪器，由两个同轴圆筒组成，在两个圆筒之间装填被测流体。内筒以一定的速度旋转，测定作用在外筒上的转矩，根据转矩与转速的关系，测定粘度。 应力：应力： lr M 2 2 粘度：粘度： ) 11 ( 4 22 cb RRl M 高分子材料分析高分子材料分析 第14页/共34页 高分子材料分析高分子材料分析 锥板粘度计锥板粘度计高剪切速率样品高剪切速率样品 聚合物熔体被放置在锥板和圆形平板之间的缝隙内。锥角聚合物熔体被放置在锥板和圆形平板之间的缝隙内。锥角 指的指的 是锥体表面和水平板表面间的夹角。是锥体表面和水平板表面间的夹角。 3

6、0 2 3 r M 第15页/共34页 平行平板粘度计平行平板粘度计高粘度样品高粘度样品 固定一个平板固定一个平板, ,另一个平板作相对转动另一个平板作相对转动, ,聚合物样品被放置在上下两个平行平板之间。聚合物样品被放置在上下两个平行平板之间。 门尼粘度计门尼粘度计橡胶粘度橡胶粘度 在一定温度和一定转子转速下，测定未硫化胶对转子转动的阻力。在一定温度和一定转子转速下，测定未硫化胶对转子转动的阻力。 高分子材料分析高分子材料分析 第16页/共34页 旋转式流变仪应用旋转式流变仪应用 表征流体粘度与温度的关系表征流体粘度与温度的关系 通过流变曲线判定流体的类别通过流变曲线判定流体的类别 法向应力

7、差的测定法向应力差的测定 高分子材料分析高分子材料分析 第17页/共34页 韦森堡效应韦森堡效应 2 1 2 R F N 爬杆效应爬杆效应 第18页/共34页 2. 2. 毛细管流变仪毛细管流变仪 熔融指数仪熔融指数仪- -固定压力型固定压力型 将高聚物在柱状储料器中加热到一定温度，使之完全熔融，然后加上一定负荷，使高聚物从长度很短的毛细管中流出。单位时间流出的高聚物重量（将高聚物在柱状储料器中加热到一定温度，使之完全熔融，然后加上一定负荷，使高聚物从长度很短的毛细管中流出。单位时间流出的高聚物重量（g g数）即为熔融指数数）即为熔融指数-MI-MI。 高分子材料分析高分子材料分析 MI单位：

8、g/10min 熔融指数越大，流动性越好，粘度越低。熔融指数越大，流动性越好，粘度越低。 测试条件必须一致测试条件必须一致 第19页/共34页 MI温度/负荷量 熔融指数高注射成型注射成型 熔融指数低挤出成型挤出成型 熔融指数介于两者之间 吹塑成型吹塑成型 第20页/共34页 可变压力型毛细管流变仪可变压力型毛细管流变仪 一般为柱塞式，通过在柱塞上施加一定的压力，使料筒中的高聚一般为柱塞式，通过在柱塞上施加一定的压力，使料筒中的高聚 物熔体发生流动。物熔体发生流动。 高分子材料分析高分子材料分析 乌氏粘度计乌氏粘度计测定特性粘度测定特性粘度 第21页/共34页 毛细管流变仪应用毛细管流变仪应用

9、 研究流变性质与分子结构的关系研究流变性质与分子结构的关系 研究添加剂对原材料流变性能的影响研究添加剂对原材料流变性能的影响 聚合物粘弹性的研究聚合物粘弹性的研究 研究不同材料对温度的敏感性研究不同材料对温度的敏感性 剪切诱导结晶与压力突增现象剪切诱导结晶与压力突增现象 高分子材料分析高分子材料分析 第22页/共34页 第23页/共34页 第24页/共34页 P168 图194和图195 第25页/共34页 第26页/共34页 3. 3. 转矩流变仪转矩流变仪- -用于评价高聚物熔体的流动性能用于评价高聚物熔体的流动性能 物料在混炼室中，受到转速不同、转向相反的两个 转子所施加的作用力，使物料

10、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 矩值的单位克米(gm)读数。其转矩值的大小反应 了物料粘度的大小。通过热电偶对转子温度的控制， 可以得到不同温度下下物料的粘度 高分子材料分析高分子材料分析 第27页/共34页 仪器结构、组成仪器结构、组成 主体部分：电机、齿轮变速箱、主体部分：电机、齿轮变速箱、 转矩传感器转矩传感器 测量装置测量装置：密炼式混合密炼式混合测量头，测量头， 螺杆挤出式螺杆挤出式测量头测量头 控温装置：热电偶、控温仪表控温装置：热电偶、控温仪表 高分子材料分析高分子材料分析 第28页/共34页

11、转矩与时间的关系曲线转矩与时间的关系曲线 t1: 物料受热压实时间；物料受热压实时间；t2: 塑化时间（熔融软化）；塑化时间（熔融软化）；t3: 达到平衡时间（物料动态稳定）；达到平衡时间（物料动态稳定）； t4: 物料分解物料分解/交联时间；交联时间；M1: 最小转矩；最小转矩；M2: 最大转矩；最大转矩；M3: 平衡转矩平衡转矩 第29页/共34页 可得到的信息：可得到的信息： 高分子材料分析高分子材料分析 l（1）判断可加工性判断可加工性。由于转矩值的大小直接反映了物料的粘度和消耗的功率，由此可以看出此配方是否具有加工的可能性。若转矩太大，则在加工中需要消耗许多电力，或在更高温度下，才能

12、降低转矩，也需耗电，成本提高，这时应考虑改变配比，下调转矩。 l（2）加工时间。热塑性材料：要求t4不能太短，否则还未成型就已分解、交联。热固性材料：若t4太长，效率太低，需很长时间才能固化脱模，周期长；若t4太短，物料很快就固化在螺杆或模具中。 第30页/共34页 第31页/共34页 转矩流变仪的应用：转矩流变仪的应用： 选择原材料，可判别材料的热稳定性；选择原材料，可判别材料的热稳定性； 研究共混物的配比以及共混后两相的分布情况；研究共混物的配比以及共混后两相的分布情况； 制定工艺配方和工艺条件制定工艺配方和工艺条件; ; 研究添加剂对原料性能的改善；研究添加剂对原料性能的改善； 研究聚合物耐热及耐减切稳定性；研究聚合物耐热及耐减切稳定性； 增塑剂吸收情况的研究；增塑剂吸收情况的研究； 热固性树脂固化特性的研究。热固性树脂固化特性的研究。 高分子材料分析高分子材料分析 第32页/共34页 本