旋转流变仪的工作原理和应用范围

　　工作原理

　　旋转流变仪是研究测量材料流变学特性的仪器之一，采用对样品施加强制稳态速率载荷、稳态应力载荷、动态正弦周期应变载荷或动态正弦周期应力载荷的方式，观测样品对所施加载荷的响应数据；通过测量剪切速率、剪切应力、振荡频率、应力应变振幅等流变数据，计算样品的黏度、储能模量、损耗模量、Tanδ等流变学参数。是材料领域应用广泛的流变测量仪器，可以研究从低黏度流体到高强度固体样品的流动和变形特性。

　　旋转流变仪根据其等级大致可以划分为两种，一种是以机械轴承马达为核心测量结构的低等级旋转流变仪，基本要求是可以进行连续的转速控制，一般只具有稳态测量功能，可以测量黏度η、流动曲线、屈服应力、触变性等流变学特性，但测量范围比较小。

　　另一种是以空气轴承马达为核心测量结构的高等级旋转流变仪，基本要求是可以进行连续的转速控制、可以产生正弦波应变或应力，具有稳态测量、动态测量、瞬态测量功能，可以测量黏度、流动曲线、屈服应力、触变性、复数模量G*、储能模量G'、损耗模量G"、Tanδ、应力松弛、蠕变等流变学特性，测量范围比较宽。

　　1）旋转流变仪测量系统与样品接触，并施加载荷，并在稳态或动态模式下测量扭矩，用夹具系数将物理量（扭矩、转速）转化为流变学的参数（剪切速率、剪切应力、储能模量、损耗模量、Tanδ），常用测量系统有：

　　a.平行板

　　b.同心圆筒

　　c.锥/平板

　　d.固体扭摆夹具

　　e.熔体拉伸夹具

　　2）旋转流变仪的控温系统

　　旋转流变仪具有多种控温系统可选，等级越高的流变仪可选的控温系统越多，温度范围越宽；低等级旋转流变仪一般使用液体循环器作为控温设备，高等级旋转流变仪一般可选半导体控温、电加热控温、对流辐射炉控温等，一般适用范围大致如下：

　　半导体控温（Peltier）：一般在200℃以下，是使用广泛、方便的控温方式；

　　电加热控温：一般在400℃以下，应用于聚合物熔体等材料的测试；

　　对流辐射控温炉：一般可达到600℃，低温可达-150℃左右，特殊的可达1000℃，主要应用于高温熔体、固体、玻璃熔体、低温合金熔体等材料；

　　3)流变仪测量的边界条件有以下几个方面

　　1.流动必须是层流

　　2.测试过程必须是稳态流动

　　3.样品与转子之间没有滑移

　　4.样品是均匀的

　　应用范围

　　材料

　　工艺/产品

　　相应流变特性

　　聚合物-热塑性

　　可加工性和产品性能

　　粘度、剪切变稀、弹性、柔量法向力

　　结构（分子量、分子分布）

　　弹性、粘度特性、零剪切粘度

　　支化、填料、流动特性的影响

　　零剪切粘度变化、弹性、柔量粘弹性能比较

　　研磨材料

　　原材料检测（零剪切粘度、弹性模量、损耗模量、柔量）

　　聚合物-热固性

　　低粘度

　　粘度曲线中的最小值

　　凝胶时间（时间/温度）

　　弹性模量和损耗模量的交叉点

　　硫化曲线/固化动力学

　　模量曲线与温度或时间的关系

　　交联密度

　　平台模量

　　聚合物-弹性体

　　交联密度

　　平台模量或复粘度曲线

　　填料的影响

　　粘弹性的比较

　　共混效果

　　材料的应变依存性（线形粘弹性的区域大小）

　　轮胎橡胶

　　弹性模量、损耗模量、损耗因子

　　粘合剂

　　粘合和撕裂特性

　　弹性模量、损耗模量的频率依存性

　　压敏胶特性

　　平台模量的范围

　　涂料

　　涂装性

　　粘度、剪切变稀、屈服应力

　　垂挂性-涂刷、喷工艺

　　弹性、结构回复

　　流平性-涂刷

　　弹性、结构回复

　　掩缝性-涂刷

　　弹性曲线、弹性、结构回复

　　悬挂性

　　法向力、弹性

　　涂料-油墨

　　稳定性、储存期

　　材料的时间依存性（线形粘弹性区域的大小）、蠕变

　　流动性

　　特定温度下的粘度

　　涂料-粉末

　　流动性

　　特定温度下的粘度

　　食品-面团、凝胶、分散液（悬乳液、乳液）

　　稳定性、储存期

　　材料的时间依存性（线形粘弹性区域的大小）、蠕变

　　相分离

　　结构随时间的变化

　　凝胶

　　结构性的增加、弹性

　　产品性能一致性

　　粘度和粘弹特性

　　在加压情况下的流动与分散

　　粘度、剪切变稀

　　个人护理产品-面霜、凝胶、分散液（悬乳液、乳液）

　　稳定性、储存期

　　材料的时间依存性（线形粘弹性区域的大小）、蠕变

　　相分离

　　结构随时间的变化

　　凝胶

　　结构性的增加、弹性

　　产品性能一致性

　　粘度和粘弹特性

　　在加压情况下的流动与分散

　　粘度、剪切变稀

　　陶瓷-浆料

　　稳定性、储存期

　　材料的时间依存性（线形粘弹性区域的大小）、蠕变

　　流动性铸造流动性能

　　特定温度下的粘度

　　粘度、屈服应力、结构变化

　　油品、油脂、润滑剂油品

　　倾倒性

　　特定温度下的粘度

　　改性剂的效果

　　粘度、屈服应力、结构变化

　　原油中石蜡的分析

　　特定温度下的粘度

　　油脂、润滑剂：组分、结构

　　结构和粘度的变化

　　润滑剂的混合

　　粘度曲线、屈服应力、柔量、结构变化

　　总的来说，使用旋转流变仪，研究范围涵盖了从水到复合材料，能将微观结构信息与加工过程紧密联系在一起。