《流变学》第3章流变性能测定.pptx

第3章流变性能测定;3.1引言;3.1.2流变测量仪器分类：

毛细管流变仪:根据测量原理不同可分为恒速型和恒压型两种。

转子型流变仪:根据转子几何构造不同又分为锥板型、平行板型、同轴圆筒型等。橡胶工业常用的门尼粘度计为一种改造的转子型流变仪。

转矩流变仪:带有一种小型密炼器和小型螺杆挤出机及口模，优点在于测量过程与实际加工过程相似，测量结果更具工程意义，常见有Brabender公司和Haake公司生产的塑性计。

振荡型流变仪:用于测量小振幅下的动态力学性能，结构同转子型流变仪，只是转子作小振幅的正弦振荡。;按物料的形变历史，即按运动的时间依赖性分，有：

稳态流变实验，实验中材料内部的应力、温度、剪切速率为常数，不随时间变化。

动态流变实验，实验中材料内部的应力，应变场发生交替变化，一般要求振幅要小，变化以正弦规律进行。

瞬态流变实验，实验时材料内部的应力，应变发生阶跃变化，即相当于一个突然的起始流动或终止流动。

根据物料的流动形式分：有剪切流动，拉伸流动

下面将分别介绍各种测量仪器，根据所用切变速率与粘度选择适合的流变仪。;3.1各种流变测定仪器切变速率范围和粘度范围;3.2毛细管流变仪;RosandRH2000毛细管流变仪;1、基本构造

核心部分是一套毛细管，具有不同的长径比（通常L/D=10/1，20/1，30/1，40/1等），料筒周围是恒温加热套,内有电热丝。料筒内物料的上部为液压驱动的活塞，物料经加热变为熔体后，在柱塞压作用下，强迫从毛细管挤出，由此测量物料的粘弹性。

除此外，仪器还配有调速机构、测力结构、控制机构、自动记录和数据处理系统等。

;根据测量原理的不同，毛细管流变仪分为恒速型和恒压型两类，恒速型仪器预置柱塞下压速度为恒定，待测定的量为毛细管两端压差，恒压型仪器预置柱塞前进压力为恒定，待测量为物料的挤出速度即流量。;其中恒速型较为方便，物料从直径宽大的料筒，经挤压通过一定入口角的入口区进入毛细管，然后从出口挤出，其流动状况发生巨大变化。入口附近有明显的流线收敛行为，它将影响物料刚刚进入毛细管区的流动，使???流入毛细管一段距离后，才能发展成稳定的流线平行的层流。在出口附近，因为管壁约束突然消失，弹性流体表现出挤出胀大，流线又发生变化，因此物料在整个毛细管中的流力可分为三个区：入口区，完全发展流动区，出口区。下面分别讨论。;2、完全发展区的流场分析

按照定义，流体的粘度等于流体承受的剪切应力除以剪切速率。这一定义对牛顿型流体的常数粘度和非牛顿型流体的表观粘度均能成立。这里要说明两点：（1）定义中的所说的剪切应力和剪切速率都必须是针对同一流体的测量；（2）实际上剪切应力、剪切速率都不能直接测量，因此必须通过一些直接测量的物理量来求得剪切速率和剪切应力，从而求得粘度。;2．1运动方程及剪切应力的计算

假设：流体内不可压缩，流场是等温的稳定层流，流道壁上无滑移。出入口效应暂时不考虑，如上图，考虑一个不可压缩流体在半径为R的圆管中的层流，在此无限长的管中取长度为L，两端压差为△p的液柱，由于是稳定层流，所以图中虚线部分的圆柱流体所受的力是平衡的，即在半径为r的圆柱面上阻碍流动的粘滞阻力τ2πrL与两端压差所产生的使液柱流动的推力△pπr2互相平衡。

τ2πrL=△pπr2

圆柱面上的切应力为:τ=△pr/2L;τ在中心层为0，在管壁处R处最大，在管壁上的切应力：τw=△pR/2L

可见，只要毛细管内的压力梯度确定，管内任一点的剪切应力也随之确定，这样，一个测剪切应力的的问题即为测压力梯度的问题，即只要测出毛细管两端的压力差除以毛细管长度即可。

这样计算剪切应力的方式，对任何一种流体，无论是牛顿流体还是非牛顿流体均成立，计算过程不涉及流体的类型。;2．2剪切速率计算

不象上面剪切应力计算那么简单，它与流过毛细管的物料种类有关。

对于牛顿型流体，

其中，V为线速度，是与管中心距离r的函数，管中心的的流速大，随r增大，v减小，故速度梯度为负值。

可见，随r增大而增大，在管中心r=0则=0。;取边界条件，r=R时，v=0（管壁处没有滑动），对上式进行积分：

可见,牛顿型流体的线速度是抛物线分布的.

将上式对r作整个截面f积分,即得体积流速Q:

这即是管中层流的有名的哈根一泊肃叶方程。

这样，管壁上牛顿流体的切变速率：;对于幂律流体，有

则

将上式对r积分，同样边界条件r=R，V=0，得线速度分布式：

将上式对r作整截面f积分,求得体积流速Q

当n=1,K=,即返回上面计算得到的牛顿流体的体积流速。;这样，幂律流体在管壁上的切