毛细管流变仪_毛细管流变仪的特点及结构组成

毛细管流变仪是一种用于在高应力下测量剪切应力率的装置。

可以测定热固性材料的流动性和固化速度，可绘制热塑性材料的应力应变曲线、塑化曲线，测定软化点、熔融点、流动点的温度。

定高聚物熔体的粘度及粘流活化性，还能研究熔融纺丝的工艺条件。

毛细管流变仪是一种基于塑化分析研究的材料流变性能测试设备，其突出的特点是可以在接近真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。毛细管流变仪主要由驱动系统、控温系统、软件系统和各种附件组成。

1、驱动系统

毛细管流变仪的驱动系统主要为各功能单元提供动力和控制功能，其腔体是一个圆柱形的塑化器，是流变仪的重要组成部分。在高分子材料的加工过程中，通常根据试验材料对剪切强度的要求，选择不同的口模。

通过记录物料在测试过程中的温度、表观切应力、粘度随剪切速率的变化，可研究材料在加工过程中的分散性能、流动行为及热稳定性等，并得到流变曲线，客观呈现材料的加工塑化过程。

2、控温系统

毛细管流变仪的控温系统主要通过传感器测量腔体的温度值，并将其转换为信号，再输入温度显示调节仪表，与设定的信号相比较，经过运算后改变执行器输出操作变量，从而改变加热腔体的热量，达到控制温度的目的。

当腔体内的温度大于限定区间时，控温系统自行下调温度，当腔体内的温度小于此区间时，控温系统自行上调温度，以保障系统硬件设备和传感器连接正常。

3、软件系统

毛细管流变仪的软件系统，主要采用自动校准和实验测试两大模块。其中，自动校准模块测量采用集成式的模块化设计，可实现传感器的自动校正、口模自动识别等功能，便于操作和理解；

实验测试模块主要按照程序进行实验条件的设置，实现测量参数、曲线和表格同步显示的功能。另外，可以通过自动分析剪切速率与粘度曲线上的特定点，读取相应的实验数据。

毛细管流变仪的特点：

1、在各种剪切速率范围下进行测量时，动态速度范围>200,000:1。

2、刚性机架设计，能够进行无柔量测量。

3、独特的旋转头设计，易于装载试样和清洗仪器。

4、Rosand双料桶原理，直接测量口模入口压力和测定绝对粘度。

5、用于在恒定应力条件下测量口模胀大的附件，可消除样品蠕变导致的偏差。

6、在加工条件下直接测定剪切和拉伸粘度-可选料桶材料，方便测量亲水性或具化学侵蚀性材料。

7、易用软件，包括测量剪切和拉伸粘度以及测定样品稳定性、壁滑移和熔体破裂的各种测试类型。

毛细管流变仪的应用分析：

1、工作曲线

毛细管流变仪的工作原理是物料在温度、压力等因素的作用下，由粒状(或粉状)变成熔体的塑化过程，测试物料由玻璃态向粘流态转变的动态流变现象。

在实验过程中，先设定好毛细管流变仪的操作参数，按照测试条件称取适量物料，待温度达到设定条件后，安装合适的口模、压力传感器，待温度稳定之后，加入物料开始测试。

通过实验可获得物料在某一温度下，粘度和表观切应力随剪切速率的变化曲线。同时，计算机屏幕上会动态显示物料的温度、表观剪切速率、表观切应力和表观粘度动态流变曲线。

2、表观粘度与剪切速率的关系

毛细管流变仪测定在某一特定温度下的粘度值，若表观粘度随剪切速率的变化不变，则被测定为牛顿流体；若粘度随剪切速率的变化而变化，说明这种流体是一种典型的非牛顿流体。

一般情况下，在温度和压力一定的前提下，大多数材料熔体的粘度是随着剪切速率的增加而下降的，但是不同的材料对剪切速率(切应力)的敏感程度是不一样，但在剪切速率很低和很高的情况下，表观粘度几乎不随剪切速率变化而变化。

3、表观粘度与温度之间的关系

表观粘度是剪切速率或温度的函数。所以，只有剪切速率恒定时，研究温度对粘度的影响才有实际意义。

一般来说，温度升高，必然使得分子间的运动加快，从而使得分子链之间的缠绕降低，分子之间的距离增大，从而导致粘度降低，而温度太低，熔体粘度大，流动困难，成型性差，并且弹性大，也会影响制品的稳定性。

4、表观粘度与粘流活化能

在实验温度范围内，粘流活化能随着剪切速率的增加而下降。这是因为外部剪切应力破坏了大分子之间缠结作用，使得链段活动范围变大，分子间距离增大，分子间的作用力削弱。

致使分子链内旋转位垒较低，分子克服周围分子的作用发生迁移所需的能量较少，表现为粘流活化能小。

结合温度对于粘度的影响可以发现，在材料的正常加工范围内，提高剪切速率对粘度的影响和提高温度对于粘度的影响效果相似，但是从工艺的角度出发，单纯通过增加温度或提高剪切速率来提高材料的流动性能是不恰当的。

因为过高的剪切速率不仅不能明显地改善流体的流动性，还可能会造成过多的功率损耗和过大的设备磨损，还会引起溢料和增加制品内应力等弊病，而温度过高，却会出现制品变形等缺陷，导致制品性能下降，影响使用。

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