转矩流变仪讲义

转矩－流变仪数据的流变学解释Brabender 转矩－流变仪已广泛用于测量塑料的坚固性和加工性能很多年了。

最近的应用包括Russell所作的剪切速率对聚丙烯稳定性的影响的测量和DeCoste所作的聚氯乙稀加工性能的研究。

这个仪器的用户面对的问题之一是解释它提供的数据。

可以定性的指示熔融粘度，粘度－温度的依赖性，降解和交联。

但是这些目前还没有转换成绝对的流变学单位。

例如，制造商声称仪器可测量热塑性材料在典型加工条件下的粘度行为，然而有效的剪切速率范围目前还没有明确的定义。

这篇文章的目的是提供一个将转矩－温度数据转换成流变学基础单位的大致的方法。

包括一个绘制转矩－流变仪数据图的新方法，这使得流变学的解释变得可能。

它扩展了从转矩－流变仪测试得到的信息的数量，增加了仪器的多功能性。

大量的假定和经验的关系可以在这篇文章中看到。

但是，这样处理数据衍生了许多，和毛细管流变仪数据的相关使这一方法有效。

仪器详情和程序这些测试采用Brabender 塑胶－磁带回线自动记录器转矩－流变仪，见图1，装备了一个转子型测量头，包括一个内部连接的，数字8型的膛，∑粒子的，反方向旋转的刀片在里面转动。

测试的样品限制在膛里，在刀片和膛壁间移动。

头部的分解图示于图2。

将要测试的聚合物填充在头部的混合腔里，旋转刀片要求的转矩从测力计机架传送到比例尺，再通过控制杆系统重新命令。

聚合物的温度由混合腔底部的热电偶测得。

注入惰性气体来使讲解最小化。

将足够的聚合物加入混合腔来使融化后完全填满它。

这个范围对于聚乙烯来说从42到44克，对于聚苯乙烯可达到50克。

材料聚丁烯单体聚丁烯No.128, Chevron Chemical Company.数均分子量＝2700。

Chevron 聚丙烯9094，Chevron Chemical Company.通用聚丙烯；熔体流动速率，230摄氏度，2160克负载，3.5。

从固有粘度计算得到的分子量＝280，000。

返回转矩流变仪及其在塑料加工中的应用洪王暄迎思海亭理工大学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。

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。

转矩流变仪的工作原理转矩流变仪是一种测试材料流变性能的仪器，主要用于测试各种材料的力学性能和变形特性，例如塑料、橡胶、涂料、纺织品等。

本文将对转矩流变仪的工作原理进行详细解析。

一、概述转矩流变仪测量的是所测试物质的流变性能。

所谓流变性能，指的是物质在受到外力（如剪切力、扭转力等）作用下的变形特性。

不同材料在受到不同外力时，其变形特性表现不同，因此需要使用不同的流变测试方法和仪器。

转矩流变仪主要通过旋转扭转试样来测量流变性能，同时可以测量材料的动态弹性模量、流体阻力力、压缩弹性模量等力学性能。

该仪器广泛应用于塑料、橡胶、涂料、纺织品等材料的研究和生产中，对提高产品的质量和性能至关重要。

二、结构和工作原理转矩流变仪的主要结构包括电机、传动装置、拉伸装置、刻度盘、显示和控制系统等。

下面将详细介绍其工作原理和各部分组成。

1、电机及传动装置转矩流变仪使用电机驱动扭矩盘旋转，使得试样受到扭矩作用，从而改变材料的形状。

电机的转速也是测试中的一个重要参数，可根据需要调节。

传动装置包括电机与扭矩盘之间的传动系统，主要由带动皮带、齿轮和轴承等组成。

这些部件既要保证工作顺畅，又要保证传动精度和稳定性，以减小误差。

2、拉伸装置拉伸装置是用来夹住样品并施加相应的载荷的。

其主要部分是夹具，可以根据需要更换不同类型的夹具。

夹具的设计要能够适应不同形状和尺寸的测试物质，并且能够确保试样与扭矩盘之间的离心力被最小化。

3、刻度盘刻度盘用于显示材料在受到外力作用时的变形情况。

它是用来记录扭矩盘的扭转角度，并输出其相关数据。

通常情况下，一次测试需要记录多个数据点，以便后续的数据处理和分析。

4、显示和控制系统转矩流变仪的显示和控制系统主要分为两个部分：数据采集系统和控制系统。

数据采集系统用来记录测试中产生的数据，并将其转换成所需要的形式，包括数字化和图形化输出。

控制系统则控制测试的过程，包括测试条件、采集方式、数据处理等。

三、应用范围1、塑料制品生产。

四种流变仪的原理四种流变仪的原理时间:2010-02-26 15:13来源:未知作者:珺珺点击:203次我们常⽤的流变仪有四种，分别是⽑细管流变仪、界⾯流变仪、转矩流变仪和旋转流变仪，下⾯⼤致介绍⼀下这四种流变仪：我们常⽤的流变仪有四种，分别是⽑细管流变仪、界⾯流变仪、转矩流变仪和旋转流变仪，下⾯⼤致介绍⼀下这四种流变仪：1.⽑细管流变仪⽑细管流变仪主要⽤于⾼聚物材料熔体流变性能的测试;卖仪器⽹⼯作原理是，物料在电加热的料桶⾥北加热熔融，料桶的下部安装有⼀定规格的⽑细管⼝模(有不同直径0.25～2mm和不同长度的0.25～40mm)，温度稳定后，料桶上部的料杆在驱动马达的带动下以⼀定的速度或以⼀定规律变化的速度把物料从⽑细管⼝模种挤出来。

在挤出的过程中，可以测量出⽑细管⼝模⼊⼝出的压⼒，在结合已知的速度参数、⼝模和料桶参数、以及流变学模型，从⽽计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度。

2.界⾯流变仪：⽬前这种流变仪有振荡液滴、振荡剪切等⼏种原理;是流变测试中最难以准确实现的⼀个领域;还没有⼀种特别好⽽⼜通⽤的⽅法。

3.转矩流变仪实际上是在实验型挤出机的基础上，配合⽑细管、密炼室、单双螺杆、吹膜等不同模块，模拟⾼聚物材料在加⼯过程中的⼀些参数，这种设备相当于聚合物加⼯的⼩型实验设备，与材料的实际加⼯过程更为接近，主要⽤于与实际⽣产接近的研究领域。

4.旋转流变仪：有两种，控制应⼒型和控制应变型A：控制应⼒型:使⽤最多，如Physica MCR系列、TA的AR系列、Haake、Malven，都是这⼀类型的流变仪;其中Physica的马达属于同步直流马达，这种马达相对响应速度快，控制应变能⼒强;其他⼚家使⽤的属于托杯马达，托杯马达属于异步交流马达，这种马达响应速度相对较慢。

这⼀类型的流变仪，采⽤马达带动夹具给样品施加应⼒，卖仪器⽹同时⽤光学解码器测量产⽣的应变或转速。

B：控制应变型：⽬前只有ARES属于单纯的控制应变型流变仪，这种流变仪直流马达安装在底部，通过夹具给样品施加应变，样品上部通过夹具连接倒扭矩传感器上，测量产⽣的应⼒;这种流变仪只能做单纯的控制应变实验，原因是扭矩传感器在测量扭矩时产⽣形变，需要⼀个再平衡的时间，因此反应时间就⽐较慢，这样就⽆法通过回馈循环来控制应⼒。

转矩流变仪的操作及注意事项流变仪操作规程转矩流变仪是讨论材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪供应了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在仿佛实际加工的情况下，连续、精准牢靠地对材料的流变性能进行测定，如多组份物料的混合、热固性树脂的交联固化、弹性体的硫化，材料的动态稳定性以及螺杆转速对体系加工性能的影响等。

一、开机步骤1．依据试验类型或试验目的选择安装试验平台（混炼器或挤出机）。

连接热传感器及加热电源接口。

2．合上总电源开启电脑，运行流变仪掌控平台软件，选择正的确验平台。

3．选中或取消相应的测量及掌控。

混炼器平台需选中T1、T2、T3、Tm、Tq 及 Sp并取消T4 P；毛细管模具的挤出机而言，需选中全部8个选项。

4、点击“启动通讯”按钮启动通讯，设定试验温度及输出转速。

对于混炼器平台，3个区的正确温度设置应当是一致的。

对于挤出机平台，4个区的温度设置应由低到高，各区之间的温度差应尽量限制在30℃以下，否则流变仪可能很难将温度掌控平稳。

5、设定值后，点击“启动加热”按钮使流变仪开始加热。

6、当流变仪加热到设定温度并平稳后，点击“启动电机”按钮启动电机。

7．当流变仪温度达到设定值并已经平稳10min后，电机输出转速也已经达到设定值且平稳，此时可以开始进行试验操作。

二、停机步骤1、流变仪关机步骤应依次停止电机、加热、通讯、掌控程序、流变仪电源、计算机。

2、试验完成后，做好清理工作。

混炼器在电机停止的情况下拆卸并清除腔内材料。

对某些可能对挤出机腔内产生腐蚀作用的材料，试验完成后使用纯树脂进行清洗。

注意事项1、安装试验平台时，应注意热传感器及加热电源接口的连接次序，错误的连接次序将导致无法正确地进行温度掌控。

2、混炼器或挤出机某一区温度比设定温度低10℃以上时，设备中的残余料可能并未完全溶化，此时转动电机可能会损坏设备。

必需使温度和电机输出转速达到设定值并已经平稳，才可以开始进行试验操作。

振荡流变培训(第2部分) 振幅扫描在进行各种振荡测试以调查许多样品之前，定义线性粘弹区很重要。

近一步的测试（如频率扫描的频率）很有必要在样品的可逆状态进行。

在线性粘弹区，所施加的压力和形变是可逆的。

这可以用橡胶带的拉伸形象比较。

如果您给橡胶带施加的力不太大，力撤消后它将恢复到原来状态。

但如果您施加力太大，橡胶带将产生不可恢复形变直至断裂。

尽管进行振幅扫描的主要原因是定下线性粘弹区，但它不是测量曲线的唯一结果。

它还可以获得有关屈服应力、样品稳定性和分子量分布的信息。

振幅扫描的基本思想是给样品一“拉力”，看其结构是否破坏。

如果结构不破坏，再施加一更大的力。

此过程被反复重复，直至样品真正破坏。

此过程可以看到三种状态，尤其对于冻胶类样品。

第一中状态，形变完全可逆（橡胶带可以恢复到初始状态）。

第二种状态形变部分可逆（橡胶带比初始状态长而窄）。

最后一种状态，结构内键断裂导致产品流动。

结构（或内部键）断裂时刻起，即没有形变而只有流动。

我们可以认为此时所需的剪切应力为“真正屈服应力”。

线性粘弹区的结束可以认为样品依赖于屈服应力。

振荡测试得到两组数据。

他们是储存模量（样品的弹性部分)和损耗模量（粘性部分）。

有较高值的部分将决定样品的稳定性。

有两种可能性：G“ (loss modulus) > G‘ (storage modulus)损耗模量大于存储模量粘性形变行为优于弹性行为。

测试样品呈现流体特性。

典型例子如高温聚合物熔体、聚合物溶液、低分子量聚合物（短分子链，缠结较少），非聚合物流体等。

G“ (loss modulus) < G‘ (storage modulus)损耗模量大于存储模量弹性形变优于粘性形变。

结构表现一定的刚性。

这显然是固体或膏状体。

然而，对于分散体如低粘度涂料，这种模量比率意为着静止状态呈膏状行为。

热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 26000Â [%]1101001000G ' [P a ],G " [P a ].1.00.0t a n (Ì) [-]A m p lit u d e S w e e p (G e l)W P G E L G ' = f (Â) G "=f (Â) t a n (Ì) = f (Â)这一效应的例子如牛奶。

热电(上海)科技仪器有限公司上海办 北京办Tel: +21- 54657588-230 Tel: +10-58503588 - 260旋转粘度计培训 (第2部分) -- 旋转粘度计测量触变性触变性是指结构的破坏与恢复。

通过触变性影响，我们观察结构被第一次破坏后的重新建立。

通过测量触变性，我们可以了解有关样品的流平性、实际使用情况和加工情况。

刷油漆时，我们希望漆膜平整。

如果油漆粘度低，它可以很好流动，不会有刷子的痕迹。

我们称此为油漆的流平性。

实际发生的是刷油漆过程油漆的结构被破坏,过2分钟左右，油漆的结构必须重新建立，以防止漆膜松垮。

一些材料的实际应用，我们也利用触变性的特点。

比如发胶。

使用发胶时，我们将其压出至手上。

施加应力，发胶开始流动，此时发胶粘度较低。

当发胶挤到我们手上，它立刻恢复其胶体结构。

反之，发胶会在手上流动(这是我们不希望的)。

现在。

我们想把发胶涂到头发上，这是一高剪切过程。

发胶变成稀的流体，我们需要这样才好将发胶均匀涂到头发上。

之后，发胶又必须恢复结构以起到固定发形的作用。

作为触变性在过程中的重要性实例，我们来看长径瓶中的番茄酱。

我们倒出番茄酱之前需要摇动瓶子。

如果触变性效应很强，我们只需要几秒钟甚至千分之几秒就可以倒出番茄酱。

番茄酱恢复其结构需要至少几分钟。

用控制速率粘度计，我们让剪切速率从低至高，然后再回到低剪切速率。

Figure 1: Thixotropy determination050 100 150 200 250 300 350 400 450 500 S h e a r S t r e s s ‚ (P a ) Shear Rate Á [1/s]计算触变性，我们测量上升(前进)曲线减去下降曲线的面积差(封闭环)。

这一面积值是触变结构被破坏的量。

由于旋转粘度计不能测量“静止”状态的粘度，因此我们无法及时测量结构恢复的时间。

结论:旋转粘度计可以测量触变效应。