將流變儀應(yīng)用于高分子物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以使學(xué)生加深對高分子物理理論課中聚合物粘彈性與流變性能的理解。簡要介紹了旋轉(zhuǎn)流變儀的基本原理和主要檢測功能,并通過一些實(shí)例闡述了旋轉(zhuǎn)流變儀在高分子物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用。該實(shí)驗(yàn)的設(shè)置可以使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)鞏固高分子物理知識,分析流變實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)的具體的高分子物理問題,更好地理解與掌握高分子科學(xué)的基本理論。
高分子物理是高分子材料相關(guān)專業(yè)的本科必修專業(yè)基礎(chǔ)課,主要研究聚合物的結(jié)構(gòu)-性能-分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。通過開設(shè)高分子物理實(shí)驗(yàn),一方面可以使學(xué)生增加感性認(rèn)識,加深對課堂理論知識的理解,另一方面可以使學(xué)生掌握聚合物結(jié)構(gòu)和性能測定的基本方法,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。
聚合物流變性能測試是觀察高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的窗口,不僅可以認(rèn)識聚合物的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,還能簡便地進(jìn)行高分子材料的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制,從而對其加工成型過程提供理論指導(dǎo)。旋轉(zhuǎn)流變儀是研究高分子材料流變性能重要的流變學(xué)測試系統(tǒng),它不僅可以測量聚合物流體的粘度,還能在較寬的頻率、溫度范圍內(nèi)研究聚合物的動(dòng)態(tài)粘彈性,從而揭示聚合物體系內(nèi)在的結(jié)構(gòu)-性能-分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。
流變儀即用于測定聚合物熔體、聚合物溶液、懸浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流變性質(zhì)的儀器。
流變儀,即用于測定聚合物熔體、聚合物溶液、懸浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流變性質(zhì)的儀器。
分為旋轉(zhuǎn)流變儀、毛細(xì)管流變儀、轉(zhuǎn)矩流變儀和界面流變儀。
旋轉(zhuǎn)流變儀是現(xiàn)代流變儀中的重要組成部分,它們依靠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生簡單剪切流動(dòng),可以用來快速確定材料的粘性、彈性等各方面的流變性能。
旋轉(zhuǎn)流變儀一般是通過一對夾具的相對運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生流動(dòng)。
引入流動(dòng)的方法有兩種:
一種是驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具,測量產(chǎn)生的力矩,這種方法較早是由Couette在1888年提出的,也稱為應(yīng)變控制型,即控制施加的應(yīng)變,測量產(chǎn)生的應(yīng)力;
另一種是施加一定的力矩,測量產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)速度,它是由Searle于1912年提出的,也稱為應(yīng)力控制型,即控制施加的應(yīng)力,測量產(chǎn)生的應(yīng)變。
對于應(yīng)變控制型流變儀,一般有兩種施加應(yīng)變及測量相應(yīng)的應(yīng)力的方法:
一種是驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具,并在同一夾具上測量應(yīng)力,應(yīng)用這種方法的流變儀有Haake,Conraves,F(xiàn)erranti-Shirley和Brookfield流變儀;
而另一種是驅(qū)動(dòng)一個(gè)夾具,在另一個(gè)夾具上測量應(yīng)力,應(yīng)用這種方法的流變儀包括Weissenberg和Rheometrics流變儀。
對于應(yīng)力控制型流變儀,一般是將力矩施加于一個(gè)夾具,并測量同一夾具的旋轉(zhuǎn)速度。
在Searle最初的設(shè)計(jì)中,施加力矩是通過重物和滑輪來實(shí)現(xiàn)的?,F(xiàn)代的設(shè)備多采用電子拖曳馬達(dá)來產(chǎn)生力矩。
用途:
1、對材料結(jié)構(gòu)的表征,包括:對聚合物分子量和分子量分布的定性和定量分析,以及對聚合物的支化性能、填充性能、拉伸性能和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等的分析。
2、模擬聚合物的加工條件,評定聚合物的加工性能。通過對加工過程的分析,以正確選擇加工工藝條件并指導(dǎo)配方設(shè)計(jì)。
3、對原材料、半成品和成品的性能做出評價(jià)。