Rosand培训：第二节-毛细管流变仪的主体结构、工作原理及相关校正

ETA 1 [Pa*s] 2.25E+01 8.39E+00 6.33E+00 4.18E+00 2.89E+00 2.21E+00 1.77E+00 1.43E+00 1.20E+00 1.05E+00 9.25E-01
利用Rabinowitsch校正
计算管壁处的剪切速率的
前提是流体是均相的，即
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多料筒测试优势
Recommended die for apparent viscosity 30/1mm
壁滑移校正
入口压力降校正
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流变性能： 剪切流动
流变曲线（分析高分子熔体在加工设备中的流动性能） 挤出胀大激光测微仪（挤出胀大） 高压对粘度的影响（注射模式） 鲨鱼皮检测 熔体温度测试
流变测试设备 毛细管流变仪
更加完备的扩展功能 提供更多更宽更特殊的流变测试应用
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 毛细管流变仪原理介绍 • 产品简介 • 功能介绍
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compression moulding
mixing - calandering transfer moulding - extrusion
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P = pen + pvis + pex
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Pressure Drop (bar)
}
100 80 60 40 20 0 -5

和消耗了部分能量的结果。实验发现，在全部压力损失中，95%是由于弹性能贮存引起的，
仅有 5%是由粘性耗散引起的。因此，对于纯粘性的牛顿流体而言，入口压力降很小，可忽
略不计，而对粘弹性流体则必须考虑因其弹性形变而导致的压力损失。相对而言，出口压力
降比入口压力降要小得多，对牛顿流体而言，出口压力降为零；对于粘弹性流体，若其弹性
压力型毛细管流变仪的构造见图 3-1，其核心部件是位于料筒下部的给定长径比的毛细 管；料筒周围为恒温加热套，内有电热丝；料筒内物料的上部为液压驱动的柱塞。物料经加 热变为熔体后，在柱塞高压作用下从毛细管中挤出，由此可测量物料的粘弹性。
①—毛细管 ②—物料 ③—柱塞 ④—料筒 ⑤—热电偶 ⑥—加热线圈 ⑦—加热片 ⑧—支架 ⑨—负荷 ⑩—仪器支架
第三章 压力型毛细管流变仪
3-1 概述
毛细管流变仪是目前发展得最成熟、应用最广的流变测量仪之一，其主要优点在于操作 简单，测量准确，测量范围宽(剪切速率 γ& ：10-2～105s-1)。毛细管流变仪可分为两类：一类 是压力型毛细管流变仪，通常简称为毛细管流变仪；另一类是重力型毛细管流变仪，如乌氏 粘度计（参见第九章）。压力型毛细管流变仪既可以测定聚合物熔体在毛细管中的剪切应力 和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下通过改变毛细管的长径 比来研究熔体的弹性和不稳定流动(包括熔体破裂)现象，从而预测聚合物的加工行为，作为 选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；此外，还可为高分子加工 机械和成型模具的辅助设计提供基本数据，并可用作聚合物大分子结构表征研究的辅助手 段。
=
π∆PR 4 8µL′
γ&
=
∂u z ∂r
=

拉伸粘度
1,0E+04
1,0E+03
剪切粘度
1,0E+02
Low Extension 2.0mm Standard Extension 1mm Standard Extension Melt Rupture High Extension 0.5mm
1,0E+01 1,0E-04
1,0E-02
1,0E+00
管壁处流速为0 管壁处剪切速率最大-这也是我们在所有测试中提到的 剪切速率
速度只是径向分布 样品不可压缩
毛细管流变仪原理
控制活塞速度(相当于控制剪 切速率) 压力与剪切应力相关(测量压 力计算剪切应力).
Shear Stress Viscosity = Shear Rate
毛细管流变仪原理
料桶
PL
Rabinowitsch 校正
对于非牛顿流体
γ&app
4Q = 3 πr
表观剪切速率 (牛顿流体) 校正剪切速率 (聚合物熔体) . If n = 0.5, = 1.25 * γa
polyethylene polypropylene PVC polyamide 0.3 0.3 0.2 0.6 to 0.6 to 0.4 to 0.5 to 0.9
零口模结果
Cogswell 方法
双料桶，长口模和零口模 可以直接测量拉伸粘度. 不需要外推.
压力
•
毛细管口模. (L/D = 16)
可以进行Bagley校正. (should not be confused with Historical Bagley correction)
•
10
零口模. (L/D ~ 0) 20 L/D ratio

塑料熔体流变性（毛细管流变仪）（参考GB/T 16582——1996部分结晶聚合物熔点试验方法毛细管法）塑料熔体流变性有多种测定方法，通常随使用的仪器类型而不同，用于测量流变性能的仪器一般称为流变仪，有时又叫粘度计。

在测定和研究塑料熔体流变性的各种仪器中，毛细管流变仪是一种常用的较为合适的实验仪器，它具有多种功能和宽广范围的剪切速率容量。

毛细管流变仪即可以测定塑料熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观或在恒定应力下通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和不稳定流动（包括熔体破裂）现象。

从而测其加工行为，作为选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；或者为辅助成型模具和塑料机械设计提供基本数据。

一、实验目的1、掌握塑料熔体流变性的测试原理；2、了解转矩流变仪的操作方法；二、实验原理毛细管流变仪测试的基本原理是：设定一个无限长的圆形毛细管中，塑料熔体在管中的流动为一种不可压缩的粘性流体的稳定层流流动；由于流体具有粘性，它必然受到来自管壁与流体方向相反的作用力。

通过粘滞阻力应与推动力相平衡等流体力学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应力和剪切速率与压力、熔体流速的关系如下：材料流经毛细管时的剪切应力为：τ=R·⊿P/2L （1）其中 R—毛细管的内半径，这里 R=0.635 mm⊿P—材料流经毛细管的压力差kg/cm2L—毛细管的长度，例如选择长径比为30：1的毛细管，L=38.1mm 剪切速率为：=4Q/πR3 (2)其中 Q—挤出流量cm3/s由此，在温度和毛细管长径比（L/2R）一定的条件下，测定不同的压力下塑料熔体通过毛细管的流动速率Q，由流动速率和毛细管两端的压力差⊿P，可计算出相应的剪切应力和剪切速率，将一组对应的τ和在对数座标纸上绘制流动曲线，即可求得非牛顿指数（n）和熔体的表观粘度（ηa）；改变温度或改变毛细管长径比，则可得到代表粘度对温度依赖性的粘流活化能；以及离模膨胀比等表征流变特性的物理参数。