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流變儀的分類(lèi)和選擇

2023-03-29 16:00:22 

流變儀,即用于測(cè)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。流變,顧名思義,包含了流動(dòng)和形變。只有這兩方便的功能都具備了,才是一款真正的流變儀。市面上有些品牌,功能上只可以測(cè)試流動(dòng),但也叫流變儀,難免有點(diǎn)指鹿為馬。因此,流變儀應(yīng)該具有三種模式:控制速率模式,控制應(yīng)力模式和控制形變模式,缺一不可。否則,就只能歸類(lèi)到粘度計(jì)了。以下所描述的流變儀,都是包含了三種模式的測(cè)試儀器。

一、流變儀的分類(lèi)

去網(wǎng)上簡(jiǎn)單搜索下,發(fā)現(xiàn)流變儀的叫法五花八門(mén)。有平錐板流變儀的,有高溫高壓流變儀的,有界面流變儀的。在這里,我統(tǒng)一以下分類(lèi)的方法,分為控制應(yīng)力型流變儀和控制形變型流變儀。其他的叫法只是在溫控附件或者測(cè)試夾具上做了特別說(shuō)明而已。

1、主要有錐板式、平行板式、同軸圓筒式和毛細(xì)管式。

2、錐板式為精密流變儀,可測(cè)多種材料函數(shù),適用于較高黏度的高分子溶液和熔體。

3、平行板式為錐板式的附件,作為補(bǔ)充適于較黏高分子溶液熔體和多相體系。

4、同軸圓筒式為便易黏度計(jì),適合低黏、低彈性流體。

5、毛細(xì)管式適合于寬范圍表觀黏度測(cè)定(尤其適于高速、高黏流體),剪切速率及流動(dòng)時(shí)的流線(xiàn),幾何形狀與擠出注模時(shí)的實(shí)際條件相似??蓽?zhǔn)確測(cè)量材料的黏度、彈性和流變特性。

6、目前測(cè)定高聚物剪切黏度和流動(dòng)性的儀器有以下幾類(lèi):落球型、轉(zhuǎn)動(dòng)型(包括各種改良型門(mén)尼黏度儀),振蕩型(扭轉(zhuǎn)振動(dòng)流變儀和圓盤(pán)振蕩流變儀)、混煉機(jī)型塑性計(jì)]和毛細(xì)管擠出型(毛細(xì)管流變儀和加工性能測(cè)定儀)等。上述各種測(cè)試儀器和測(cè)定方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,可互相補(bǔ)充。

二、控制應(yīng)力型流變儀

這是一類(lèi)非常常用的一類(lèi)流變儀,在市面上絕大多數(shù)的設(shè)備都可以歸入此類(lèi)。驅(qū)動(dòng)馬達(dá),軸承,轉(zhuǎn)子,傳感器都集成在一個(gè)單獨(dú)的測(cè)量頭上。其實(shí)我們需要測(cè)量的是樣品的扭矩,因此,儀器在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要盡可能減小來(lái)自軸承和轉(zhuǎn)子的背景噪音。但是,這一部分的噪音不能從根本上得到消除。各個(gè)廠(chǎng)家在產(chǎn)品研發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)上,就各顯其能,多種技術(shù)手段競(jìng)相迸發(fā),以至于讓客戶(hù)選擇的時(shí)候多少有點(diǎn)眼花繚亂。這一設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn):

1、這一結(jié)構(gòu)相對(duì)的降低了設(shè)備的制造成本,使得流變儀的價(jià)格相對(duì)便宜了(與形變控制的比較)。

2、空氣軸承+托杯馬達(dá)或者磁懸浮軸承的組合,提高了設(shè)備的靈敏度,至少在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域或者小形變測(cè)試領(lǐng)域,滿(mǎn)足測(cè)試需求;

3、底座靜止不動(dòng),為設(shè)備的模塊化應(yīng)用通了可能,比如拉曼光譜聯(lián)用,紅外光譜聯(lián)用,高溫高壓密閉單元等;

4、豐富的溫控模塊控制,既可以半導(dǎo)體,同軸圓筒,也可以液體溫控和CTC輻射對(duì)流爐。

5、可以兼容多種測(cè)試夾具,同軸圓筒,平錐板以及其他各類(lèi)型的轉(zhuǎn)子;

三、應(yīng)變控制型流變儀

這類(lèi)設(shè)備的傳感器在上端,驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在底座上,一般稱(chēng)為雙頭型流變儀(有的廠(chǎng)家是雙驅(qū)動(dòng)馬達(dá))。

在這臺(tái)設(shè)備上,轉(zhuǎn)子,軸承的背景摩擦都消除了,測(cè)試的扭矩直接就是樣品的反饋。這樣帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn):

1、消除了背景摩擦,雙頭設(shè)計(jì),可以獨(dú)立、準(zhǔn)確、直接測(cè)試應(yīng)力和應(yīng)變。

2、可以更好開(kāi)展大形變、大振幅條件下的探測(cè)測(cè)試,最大扭矩可以達(dá)到800mNm.

3、可以做正交疊加和小振幅的各向異性探究。

四、如何選擇適合的流變儀

寫(xiě)到這里,發(fā)現(xiàn)越來(lái)越難寫(xiě)。什么叫合適,仁者見(jiàn)仁,智者見(jiàn)智。我的標(biāo)準(zhǔn)是:既可以剛好滿(mǎn)足目前的需求,也可以為未來(lái)的發(fā)展留下余量。這只是單一的維度,其實(shí)在實(shí)際操作過(guò)程中,所要考慮的因素有很多,很難用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)定義或者闡述。因此,以下的觀點(diǎn)純屬一孔之見(jiàn),僅供參考。

五、選擇篩選流變儀的步驟

聊到這里,大致上如何選流變儀,聊得七七八八了。我們做個(gè)選擇篩選流變儀的步驟,簡(jiǎn)明如下:

1)為什么要買(mǎi)流變儀?流變儀需要解決什么樣的問(wèn)題?

2)測(cè)試的材料有哪些特性?需要借助什么樣水平的設(shè)備來(lái)進(jìn)行測(cè)試。

3)有多少預(yù)算?根據(jù)預(yù)算匹配一套性?xún)r(jià)比的設(shè)備。

4)設(shè)備除了硬件和軟件,更重要的是售前和售后支持團(tuán)隊(duì)如何?

5)硬件、軟件和售后服務(wù),綜合考慮后,你會(huì)發(fā)現(xiàn),你不斷的糾結(jié)、猶豫,保圣流變儀可能是一個(gè)最優(yōu)的的選擇。

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