转矩流变仪和在塑料加工中的应用

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。

ZJL—200计算机控制转矩流变仪一、转矩流变仪的用途：转矩流变仪可以用来研究热塑性材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为，其最大特点是能在类似实际加工过程的条件下连续、准确可靠地对体系的流变性能进行测定。

可以完成的典型实验有XLPE材料的交联特性测定，PVC 材料融合特性以及热稳定性的测定，材料表观粘度与剪切速率关系的测定等。

二、转矩流变仪主要功能：1）主机:接收和发送数据信号控制温度和机械传动机构。

2）挤出机：螺杆在固定温度的机筒挤压熔融料样顺着螺旋旋转方流向口模3）混炼器：一定形状的转子在定温度定容积的腔体中均匀混合料样。

4）计算机软件：监测和控制温度、压力、传动机构并实时勾画压力--时间；温度--时间；扭矩—时间等曲线。

5）其它：可增配牵引单元、三辊压延、吹膜机、自动称重、自动测量等测试功能。

三、转矩流变仪性能指标1）电机功率：3.0 kW2）转速范围：0.1~120 rpm3）速度控制精度：0.3%F.S.4）转矩测量范围：0 ~ 200Nm5）转矩测量精度：0.1%F.S6）熔体压力测量范围：0.1~100Mpa7）压力测量精度：0.5 %F.S.8）温度控制范围（五路控温）：室温~300℃9）温度控制精度：+1.0℃10）混练机最大容量：50ml11）塑料单螺杆挤出机（材料38CrMOALA）（1）螺杆长径比：L/D 25：1（2）毛细管模具（内径1.27mm、长径比20：1、30：1、40：1）13）图形显示：转速、转矩、温度、压力、扭矩14）主机+挤出机外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）15）主机+混炼器外型尺寸：1600mm×450mm×1300mm（长×宽×高）16）电压：AC380V 6kW四、转矩流变仪主要配置1、测控主机1）驱动电机及驱动器1套2）减速机1套3）扭矩传感器1个4）测控温度表5块5）测控电路（含压力、温度、扭矩、转速、放大电路等）1套2、混炼器单元1）加热板（含加热元件）3块2）压料装置1套3）转子（Roller型）2支3、挤塑机单元1）单螺杆（长径比：L/D 25：1）1套2）螺筒1套3）装料装置1套4）加热装置5路4、试验软件1）聚合物熔体测量数据处理软件1套2）挤出机数据处理软件1套3）混合器数据处理软件1套5、模具毛细管模具内径1.27mm、长径比：20：1 1只30：1 1只40：1 1只6、清华同方品牌计算机1套7、HP彩色喷墨打印机1台平行异行双螺杆挤出机（材料：GH113高温钢+MJ合金高温钢）：1）螺杆类型：平行异向双螺杆2）螺杆直径：42mm3）长径比：7：14）温度范围：室温~300℃5）控温精度：1%F.S6）转矩测量范围：0~200N.m7）转矩测量精度：1%F.S五、曲线示例混炼机计算机挤出机图a PVC融合(单曲线) 图b PVC热稳定图c XLPE交联。

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。

实验九塑化性能转矩流变仪的测定汇报人：日期:•实验目的与原理•实验设备与材料•实验步骤与方法目录•实验结果分析与讨论•实验结论与建议•实验注意事项与安全措施01实验目的与原理掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法。

了解塑化性能与转矩流变仪测定的关系。

探究不同材料在转矩流变仪下的塑化性能表现。

转矩流变仪是一种用于测量材料在加工过程中所表现出的流动性和塑化性能的仪器。

在转矩流变仪中，材料被加热至一定温度，并在一定的剪切应力作用下进行塑化。

通过测量材料在塑化过程中的转矩变化，可以了解材料的塑化性能。

塑化性能是材料加工过程中的重要参数，对于材料的加工质量和效率具有重要影响。

通过转矩流变仪的测定，可以深入了解材料的塑化性能，为材料的加工和应用提供重要依据。

本实验有助于学生掌握塑化性能转矩流变仪的使用方法，提高实验技能和实践能力。

实验意义02实验设备与材料转矩流变仪主要由主机、加热系统、转子、搅拌器等组成。

结构组成工作原理主要功能通过加热系统对物料进行加热，转子在物料中旋转产生剪切力，使物料发生流动和变形。

用于测量物料的塑化性能，如塑化温度、塑化时间、塑化扭矩等。

030201转矩流变仪介绍根据实验要求选择适当的原料，如聚合物、添加剂等。

原料根据实验要求选择适当的助剂，如增塑剂、润滑剂等。

助剂转矩流变仪、天平、量筒、烧杯等。

仪器与设备实验材料准备实验设备安装与调试设备安装按照说明书要求正确安装转矩流变仪，确保设备稳定可靠。

调试与校准对设备进行调试和校准，确保测量准确性和稳定性。

安全操作遵守设备操作规程，确保实验过程安全可靠。

03实验步骤与方法选择具有代表性的塑料样品，确保样品无杂质和缺陷。

样品选择将塑料样品进行干燥、清洁和预处理，以消除外部因素对实验结果的影响。

样品处理将干燥和清洁后的塑料样品切割成标准尺寸的试样，以便于后续的实验操作。

样品切割样品制备与处理检查塑化性能转矩流变仪的各项功能是否正常，确保仪器处于良好状态。

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。

转矩流变仪实验一、实验目的1 了解转矩流变仪的基本结构及其适应范围；2 熟悉转矩流变仪的工作原理及其使用方法；3. 能够利用聚合物及添加助剂后的流变特性对加工进行有效评价二、实验原理本实验所用设备为：ZJL—200转矩流变仪转矩流变仪是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。

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。

功能单元主要有两类，一类是混炼器，一类是挤出机。

混炼器主要完成物料的混合与塑炼，可以作为配方研究的小型试验机，用来研究材料的热稳定性、剪切稳定性、流动和固化行为。

各种挤出机不但可以模拟挤出加工、造粒等加工过程，从而评价物料的加工性能以及优化加工工艺参数，而且而可以通过圆形（或矩形）毛细管模具，测量不同剪切速率下，物料的真实粘度与剪切速率的关系，全面表征物料的流变性。

本设备功能单元为单螺杆挤出机，在具有一定温度的圆筒内旋转，筒的另端设有送料斗。

当原料被送至筒的2/3处时逐步增塑，进入到筒的剩余部分内被均化，当所有颗粒全部溶化后即可利用毛细管挤出模具成为母料或注入模具成形，同时设备也完成对材料的表现粘度与剪切速度及剪切应力关系的测量。

三. 主要技术指标转速： 15-120rpm 控制精度：0.5% F.S转矩测量范围： 0-300Nm 测量精度：0.5% F.S温度控制范围：室温-300℃四实验步骤1．开机，双击桌面软件快捷图片，进入流变仪操作界面，设置合适的温度预热半小时，如不设置温度，则默认上次温度进行预热；2．保存数据，将本次试验的数据保存于特定文件夹目录下；3．点击“压力清零”设定加热段各区温度：分别单击第1、2、3、4、5区“设定值”按钮，并设置转速，数据可选为15-120rpm。