科研必备“武器”之流变仪

仪器介绍

流变仪是一种实验室装置，用于测量液体、悬浮液或浆液响应施加的力的流动方式。它用于那些不能用单一粘度值定义的流体，因此需要比粘度计有更多的参数来设定和测量。流变仪可分为毛细管流变仪、转矩流变仪、旋转流变仪和界面流变仪。

仪器结构

毛细管流变仪

它的核心部分为一套精致的毛细管，具有不同的长径比（通常L/D=10/1，20/1，30/1，40/1等）；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，强迫物料从毛细管挤出，由此测量物料的黏弹性。

除此之外，仪器还配有高档的调速机构、测力机构、自动记录和数据处理系统，有定形的或自行设计的计算机控制、运算和绘图软件，操作运用十分便捷。

转矩流变仪

它的基本结构可分为三部分：

①微机控制系统：用于实验参数的设置及实验结果的显示；

②机电驱动系统：用于控制实验温度转子速度、压力，并可记录温度、压力和转矩随时间的变化；

③可更换的实验部件：一般根据需要配备密闭式混合器或螺杆挤出器。

旋转流变仪

该仪器包括控制应力型、控制应力型两种类型。仪器内部实际用于粘度及流变性能测量的几何结构有同轴圆筒、锥板和平行板等。

界面流变仪

主要有锥板式、平行板式、同轴圆筒式和毛细管式。

工作原理

01.毛细管流变仪是通过计算机测定各种压力作用时，各种规格毛细管在不同的升温速率下，不同温度时的挤出速度。

02.转矩流变仪可以类似实际加工的情况下连续准确可靠地对材料的流变性能进行测定。

03.旋转流变仪是在稳定或者变速的情况下测量扭矩，用夹具因子将物理量转化成流变学的参数。

04.界面流变仪有振荡液滴、振荡剪切等几种原理，用于测量小振幅下的动态力学性能。

仪器特点

①毛细管流变仪操作简单、测量范围宽；

②旋转流变仪剪切速率恒定，无需对流动动力学作任何假设；

③测试仅需要少量样品，尤其适用于精细化学合成实验或生物流体；

④体系有极好的传热和温度控制；

⑤可以忽略末端效应；

⑥转矩流变仪与实际的设备，如单、双螺杆挤出机、密炼机的结构相似，模拟混炼、挤出的加工过程，优化配方和工艺。

常见分类

毛细管流变仪

主要用于高聚物材料熔体流变性能的测试。

转矩流变仪

它是研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在类似实际加工的情况下，连续、准确可靠地对材料的流变性能进行测定。

旋转流变仪

它是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。

界面流变仪

这种流变仪是流变测试中最难以准确实现的一个领域，目前还没有一种特别好而又通用的方法。

应用领域

流变仪用于测定聚合物熔体、聚合物溶液、悬浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流变性质的仪器。流变学测量是观察高分子材料内部结构的窗口，通过高分子材料，诸如塑料、橡胶、树脂中不同尺度分子链的响应，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、简便、有效地进行原材料、中间产品和最终产品的质量检测和质量控制。流变测量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度与加工性能之间构架了一座桥梁，所以它提供了一种直接的联系，帮助用户进行原料检验、加工工艺设计和预测产品性能。