第四章流變性能測(cè)定本章主要內(nèi)容:4.1引言

4.2毛細(xì)管流變儀

4.3轉(zhuǎn)矩流變儀

4.4熔融指數(shù)測(cè)量?jī)x

4.5其它流變儀

4.6拉伸粘度測(cè)試4.1引言4.1.1流變測(cè)量的目的：（1）物料的流變學(xué)表征。通過(guò)測(cè)量掌握物料的流變性質(zhì)與體系的組分、結(jié)構(gòu)以及測(cè)試條件間的關(guān)系，為材料設(shè)計(jì)、配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，控制和達(dá)到期望的加工流動(dòng)性和主要物理力學(xué)性能。（2）工程的流變學(xué)研究和設(shè)計(jì)借助流變測(cè)量研究聚合反應(yīng)工程、高分子加工工程及加工設(shè)備與模具設(shè)計(jì)制造中的流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布，確定工藝參數(shù)，研究極限流動(dòng)條件及其與工藝過(guò)程關(guān)系，為完成設(shè)備與模具CAD設(shè)計(jì)提供可靠的定量依據(jù)。（3）檢驗(yàn)和指導(dǎo)流變本構(gòu)方程理論的發(fā)展，通過(guò)流變測(cè)量，獲得材料真實(shí)的粘彈性變化規(guī)律及與材料結(jié)構(gòu)參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，檢驗(yàn)本構(gòu)方程的優(yōu)劣。4.1.2流變測(cè)量?jī)x器分類(lèi)：毛細(xì)管流變儀:

根據(jù)測(cè)量原理不同可分為恒速型和恒壓型兩種。轉(zhuǎn)子型流變儀:根據(jù)轉(zhuǎn)子幾何構(gòu)造不同又分為錐板型、平行板型、同軸圓筒型等。橡膠工業(yè)常用的門(mén)尼粘度計(jì)為一種改造的轉(zhuǎn)子型流變儀。轉(zhuǎn)矩流變儀:帶有一種小型密煉器和小型螺桿擠出機(jī)及口模，優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量過(guò)程與實(shí)際加工過(guò)程相似，測(cè)量結(jié)果更具工程意義，常見(jiàn)有Brabender公司和Haake公司生產(chǎn)的塑性計(jì)。振蕩型流變儀:用于測(cè)量小振幅下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)同轉(zhuǎn)子型流變儀，只是轉(zhuǎn)子作小振幅的正弦振蕩。按物料的形變歷史，即按運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴(lài)性分，有：

穩(wěn)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的應(yīng)力、溫度、剪切速率為常數(shù)，不隨時(shí)間變化。

動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中材料內(nèi)部的應(yīng)力，應(yīng)變場(chǎng)發(fā)生交替變化，一般要求振幅要小，變化以正弦規(guī)律進(jìn)行。

瞬態(tài)流變實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)材料內(nèi)部的應(yīng)力，應(yīng)變發(fā)生階躍變化，即相當(dāng)于一個(gè)突然的起始流動(dòng)或終止流動(dòng)。根據(jù)物料的流動(dòng)形式分：有剪切流動(dòng)，拉伸流動(dòng)下面將分別介紹各種測(cè)量?jī)x器，根據(jù)所用切變速率與粘度選擇適合的流變儀。表4.1各種流變測(cè)定儀器切變速率范圍和粘度范圍儀器切變速率范圍s-1粘度范圍Pa.s落球粘度計(jì)極低＜＜10-210-3~103轉(zhuǎn)子型同軸圓筒10-3~10210-1~1011平行板10-3~102103~108錐板式10-3~102102~1011門(mén)尼粘度計(jì)1.57~105振蕩型硫化儀,很低轉(zhuǎn)矩型~102毛細(xì)管10-1~10610-1~1074.2毛細(xì)管流變儀可直接測(cè)得聚合物剪切粘度，剪切速率適用范圍寬，在注射成型，聚合物所受剪切速率很高，有時(shí)高達(dá)103~104s-1，只有用毛細(xì)管流變儀才能測(cè)這樣高剪切下的粘度。是目前發(fā)展最成熟、最典型，因而應(yīng)用最廣的流變測(cè)量?jī)x，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：（1）操作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量范圍廣（r=10-

2~104s-1）；（2）毛細(xì)管中物料的流動(dòng)與某些加工成型過(guò)程中物料流動(dòng)形式相仿，因而具有實(shí)用價(jià)值；（3）不僅可測(cè)量物料的剪切粘度，還可通過(guò)對(duì)擠出行為的研究，討論物料的彈性行為。1、基本構(gòu)造核心部分是一套毛細(xì)管，具有不同的長(zhǎng)徑比（通常L/D=10/1，20/1，30/1，40/1等），料筒周?chē)呛銣丶訜崽?內(nèi)有電熱絲。料筒內(nèi)物料的上部為液壓驅(qū)動(dòng)的活塞，物料經(jīng)加熱變?yōu)槿垠w后，在柱塞壓作用下，強(qiáng)迫從毛細(xì)管擠出，由此測(cè)量物料的粘彈性。除此外，儀器還配有調(diào)速機(jī)構(gòu)、測(cè)力結(jié)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、自動(dòng)記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。根據(jù)測(cè)量原理的不同，毛細(xì)管流變儀分為恒速型和恒壓型兩類(lèi)，恒速型儀器預(yù)置柱塞下壓速度為恒定，待測(cè)定的量為毛細(xì)管兩端壓差，恒壓型儀器預(yù)置柱塞前進(jìn)壓力為恒定，待測(cè)量為物料的擠出速度即流量。其中恒速型較為方便，物料從直徑寬大的料筒，經(jīng)擠壓通過(guò)一定入口角的入口區(qū)進(jìn)入毛細(xì)管，然后從出口擠出，其流動(dòng)狀況發(fā)生巨大變化。入口附近有明顯的流線(xiàn)收斂行為，它將影響物料剛剛進(jìn)入毛細(xì)管區(qū)的流動(dòng)，使得流入毛細(xì)管一段距離后，才能發(fā)展成穩(wěn)定的流線(xiàn)平行的層流。在出口附近，因?yàn)楣鼙诩s束突然消失，彈性流體表現(xiàn)出擠出脹大，流線(xiàn)又發(fā)生變化，因此物料在整個(gè)毛細(xì)管中的流力可分為三個(gè)區(qū)：入口區(qū)，完全發(fā)展流動(dòng)區(qū)，出口區(qū)。下面分別討論。2、完全發(fā)展區(qū)的流場(chǎng)分析按照定義，流體的粘度等于流體承受的剪切應(yīng)力除以剪切速率。這一定義對(duì)牛頓型流體的常數(shù)粘度和非牛頓型流體的表觀粘度均能成立。這里要說(shuō)明兩點(diǎn)：（1）定義中的所說(shuō)的剪切應(yīng)力和剪切速率都必須是針對(duì)同一流體的測(cè)量；（2）實(shí)際上剪切應(yīng)力、剪切速率都不能直接測(cè)量，因此必須通過(guò)一些直接測(cè)量的物理量來(lái)求得剪切速率和剪切應(yīng)力，從而求得粘度。2．1運(yùn)動(dòng)方程及剪切應(yīng)力的計(jì)算假設(shè)：流體內(nèi)不可壓縮，流場(chǎng)是等溫的穩(wěn)定層流，流道壁上無(wú)滑移。出入口效應(yīng)暫時(shí)不考慮，如上圖，考慮一個(gè)不可壓縮流體在半徑為R的圓管中的層流，在此無(wú)限長(zhǎng)的管中取長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端壓差為△p的液柱，由于是穩(wěn)定層流，所以圖中虛線(xiàn)部分的圓柱流體所受的力是平衡的，即在半徑為r的圓柱面上阻礙流動(dòng)的粘滯阻力τ2πrL與兩端壓差所產(chǎn)生的使液柱流動(dòng)的推力△pπr2

互相平衡。

τ2πrL=△pπr2

圓柱面上的切應(yīng)力為:τ=△pr/2L

τ在中心層為0，在管壁處R處最大，在管壁上的切應(yīng)力：τw=△pR/2L

可見(jiàn)，只要毛細(xì)管內(nèi)的壓力梯度確定，管內(nèi)任一點(diǎn)的剪切應(yīng)力也隨之確定，這樣，一個(gè)測(cè)剪切應(yīng)力的的問(wèn)題即為測(cè)壓力梯度的問(wèn)題，即只要測(cè)出毛細(xì)管兩端的壓力差除以毛細(xì)管長(zhǎng)度即可。這樣計(jì)算剪切應(yīng)力的方式，對(duì)任何一種流體，無(wú)論是牛頓流體還是非牛頓流體均成立，計(jì)算過(guò)程不涉及流體的類(lèi)型。2．2剪切速率計(jì)算不象上面剪切應(yīng)力計(jì)算那么簡(jiǎn)單，它與流過(guò)毛細(xì)管的物料種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于牛頓型流體，

其中，V為線(xiàn)速度，是與管中心距離r的函數(shù)，管中心的的流速大，隨r增大，v減小，故速度梯度為負(fù)值?？梢?jiàn)，隨r增大而增大，在管中心r=0則=0。取邊界條件，r=R時(shí)，v=0（管壁處沒(méi)有滑動(dòng)），對(duì)上式進(jìn)行積分：可見(jiàn),牛頓型流體的線(xiàn)速度是拋物線(xiàn)分布的.將上式對(duì)r作整個(gè)截面f積分,即得體積流速Q(mào):這即是管中層流的有名的哈根一泊肅葉方程。這樣，管壁上牛頓流體的切變速率：對(duì)于冪律流體，有則將上式對(duì)r積分，同樣邊界條件r=R，V=0，得線(xiàn)速度分布式：將上式對(duì)r作整截面f積分,求得體積流速Q(mào)當(dāng)n=1,K=

,即返回上面計(jì)算得到的牛頓流體的體積流速。這樣，冪律流體在管壁上的切變速度有：進(jìn)一步整理得非牛頓切變速度與牛頓切變速率之間存在:該式稱(chēng)為拉賓諾維奇非牛頓校正式,可見(jiàn),對(duì)于假塑性體,n<1,２.３進(jìn)一步求非牛頓指數(shù)n，根據(jù)冪律方程：以作曲線(xiàn)，斜率即為n２.４表觀粘度計(jì)算3、入口區(qū)附近的流場(chǎng)分析，Bagley修正：我們?cè)谏厦娴耐茖?dǎo)中假設(shè)毛細(xì)管長(zhǎng)度L是無(wú)限長(zhǎng)的，事實(shí)上是有限長(zhǎng)的，流體在流過(guò)入口處時(shí)，速度因從大口到小口而漸增，流線(xiàn)收斂，所以物料從料筒經(jīng)入口被擠入毛細(xì)管時(shí)，引起不同流速層之間粘性的摩擦能量耗散，另一方面，流體從大口流入小口時(shí)，在流動(dòng)方向上產(chǎn)生速度梯度，引起彈性形變，也要消耗能量。這兩項(xiàng)能量的損失，使得在毛細(xì)管入口處的壓力降并不反映真實(shí)的壓力降。如沒(méi)有入口效應(yīng)，實(shí)際作用于長(zhǎng)L管的切應(yīng)力比有入口效應(yīng)的要小，所以要扣除這部分入口效應(yīng)引起的壓力降。右圖給出料筒與毛細(xì)管中物料內(nèi)部壓力的分布情況，可以看出，對(duì)于粘彈性流體，當(dāng)從料筒進(jìn)入毛細(xì)管時(shí)，存在一個(gè)很大的入口壓力損失，相對(duì)而言，出口壓力降比入口壓力降小得多，所以暫不考慮出口壓力降的影響。入口校正的原理:由于實(shí)際切應(yīng)力的減小與毛細(xì)管有效長(zhǎng)度的延長(zhǎng)是等價(jià)的，所以可將假想的一段管長(zhǎng)eR

加到實(shí)際的毛細(xì)管長(zhǎng)度L上，用L+eR作為毛細(xì)管的總長(zhǎng)度,其中e為入口修正系數(shù)，R為毛細(xì)管的半徑。用作為均勻的壓力梯度，來(lái)補(bǔ)償入口管壓力的較大下降。這樣，校正后管壁的切應(yīng)力：由于R.e，L>0,Tw正<Tw.e的確定分法：保持一定流速Q(mào)，即在一定的切變速率下，測(cè)量不同長(zhǎng)徑比的壓力降△p，以△P對(duì)L/D作圖得一直線(xiàn)，它在橫坐標(biāo)上的截距即是-e，如下圖，由右圖中三角關(guān)系得：其中，dp柱塞直徑

F柱塞所受載荷

F0：毛細(xì)管長(zhǎng)度為0時(shí)的載荷

ΔP：總壓力降

ΔP０入口壓力降（毛細(xì)管長(zhǎng)度為0時(shí)壓力降）在以下兩種情況下可不進(jìn)行入口校正：

L/R>40，入口壓力降相比毛細(xì)管中的壓力降可以忽略；只進(jìn)行相對(duì)比較；4、毛細(xì)管流變儀所用公式匯總：剪切應(yīng)力：牛頓切變速率：流變指數(shù)n：非牛頓切變速率：表觀粘度：5、缺點(diǎn)：（1）由上可見(jiàn)，τ、隨毛細(xì)管半徑而變；（2）不能測(cè)定與時(shí)間相關(guān)的粘彈特性；（3）存在較多誤差，精度不高。６.出口區(qū)的流動(dòng)行為在毛細(xì)管流變儀出口區(qū)，粘彈性流體表現(xiàn)出特殊的流動(dòng)行為，主要表現(xiàn)為擠出脹大現(xiàn)象和出口壓力降不為０．?dāng)D出張大現(xiàn)象及影響因素前面已介紹過(guò)．出口壓力降不為０，是粘彈性流體在毛細(xì)管出口處仍具有剩余可恢復(fù)彈性能的表現(xiàn)．７.應(yīng)用（１）聚合物剪切粘度的研究（２）聚合物熔體彈性的研究通常擠出張大現(xiàn)象是通過(guò)在毛細(xì)管出口處，采用直接照相＼激光掃描直接測(cè)量得到，但測(cè)量誤差較大．ＨＤＰＥ在１８０℃不同剪切速率下的Ｂ與Ｌ／Ｄ關(guān)系可見(jiàn)，當(dāng)Ｌ／Ｄ較小時(shí)，隨Ｌ／Ｄ增大，Ｂ減少，表明毛細(xì)管越長(zhǎng)，物料在入口區(qū)形成的彈性形變得到更多的松弛．當(dāng)Ｌ／Ｄ較大，Ｂ幾乎不變，說(shuō)明入口區(qū)的影響已不明顯，主要來(lái)自毛細(xì)管內(nèi)穩(wěn)定剪切流動(dòng)造成的分子拉伸和取向．ＨＤＰＥ從毛細(xì)管Ｌ／Ｄ＝２０中以不同速度擠出時(shí)的Ｂ與Ｄr／Ｄ關(guān)系Ｄr為料筒內(nèi)徑．當(dāng)Ｄr／Ｄ較小，Ｂ隨Ｄr／Ｄ增大而增大，當(dāng)Ｄr／Ｄ較大時(shí)，Ｂ變化不明顯．當(dāng)料筒直徑較小時(shí)，物料在入口區(qū)的拉伸變形較少，此時(shí)料筒直徑增大將使拉伸變形增大，從而使Ｂ增大，當(dāng)料筒直徑已足夠大，入口區(qū)的收縮流動(dòng)不再變化，則Ｂ幾乎不變．ＨＤＰＥ在不同溫度下從毛細(xì)管Ｌ／Ｄ＝２０中擠出時(shí)的Ｂ與剪切速率關(guān)系可見(jiàn)，Ｌ／Ｄ一定，Ｂ隨剪切速率增大而增大，隨Ｔ升高而降低．4.３轉(zhuǎn)矩流變儀１.結(jié)構(gòu)與用途基本結(jié)構(gòu)：三部分流變儀主體混合測(cè)量裝置電控儀表系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：可模擬多種高分子材料實(shí)際加工過(guò)程，如小型密閉式混合器，小型螺桿擠出器采用混合器測(cè)試時(shí)，高聚物以粒子或粉末的形式自加料口加入到密閉混煉室中，物料受到上頂栓的壓力，并且通過(guò)轉(zhuǎn)子表面與混合室壁之間的剪切、攪拌、擠壓，轉(zhuǎn)子之間的捏合、撕扯，轉(zhuǎn)子軸向翻搗、捏煉等作用，實(shí)現(xiàn)物料的塑化、混煉，直至達(dá)到均勻狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)記錄物料在混合過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的反扭矩以及溫度隨時(shí)間的變化，來(lái)研究物料在加工過(guò)程中的分散性能、流動(dòng)行為及結(jié)構(gòu)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有：轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化曲線(xiàn)＼溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)＼轉(zhuǎn)矩隨溫度變化曲線(xiàn)等．用途：研究高分子材料的熔融塑化行為＼高分子材料的熱穩(wěn)定性＼反應(yīng)性加工過(guò)程的反應(yīng)程度＼流動(dòng)與材料交聯(lián)的關(guān)系＼流動(dòng)與材料燒焦的關(guān)系＼增塑劑的吸收特性＼ＰＶＣ的塑化和凝膠行為＼熱固性塑料的擠出行為等．如用來(lái)評(píng)價(jià)ＰＶＣ的加工塑化行為．圖中Ａ為加料峰，此時(shí)物料較冷，自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子受到來(lái)自固體粒子或粉末的阻力，轉(zhuǎn)矩急劇上升，當(dāng)此阻力被克服后，轉(zhuǎn)矩開(kāi)始下降并在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，當(dāng)粒子表面開(kāi)始熔融并發(fā)生聚集時(shí)，轉(zhuǎn)矩再次升高，達(dá)到塑化峰Ｐ，與Ｐ對(duì)應(yīng)的時(shí)間為塑化時(shí)間tp，Ｍp為最大塑化轉(zhuǎn)矩。在熱的作用下，粒子內(nèi)核慢慢熔融，轉(zhuǎn)矩隨之下降，當(dāng)粒子完全熔融后，物料成為易于流動(dòng)的宏觀連續(xù)的流體，轉(zhuǎn)矩再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)，扭矩趨于平衡Ｍb。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，在熱和力的作用下，隨著交聯(lián)或降解的發(fā)生，轉(zhuǎn)矩會(huì)有大幅度的升高或降低。td為分解時(shí)間．可見(jiàn)，一條曲線(xiàn)清晰地描述了ＰＶＣ加工塑化全過(guò)程．在實(shí)際加工過(guò)程中，第一次轉(zhuǎn)矩最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間非常短，很少能觀察到。轉(zhuǎn)矩第二次達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間通常為3-15min。２.轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值及波動(dòng)的意義轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值反應(yīng)物料的熔融情況及表觀粘度大小及機(jī)器功率損耗的高低．轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化一方面反映出加工過(guò)程中物料粘度隨時(shí)間變化，另一方面也反映出物料混合均勻程度隨時(shí)間的變化，尤其當(dāng)物料在混合過(guò)程中發(fā)生某種物理或化學(xué)變化時(shí)，轉(zhuǎn)矩往往發(fā)生顯著的改變．右圖給出的是橡膠混煉時(shí)轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化示意圖，圖中最大扭矩Ｍmax通常在投料后２-３轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到，而最小扭矩Ｍmin隨混煉時(shí)間而逐漸下降達(dá)到平衡扭矩，說(shuō)明膠料混煉達(dá)到均一，t１則是該條件下混煉所需的最短時(shí)間．右圖是研究ＰＥ的交聯(lián)行為轉(zhuǎn)矩變化圖，混煉時(shí)加入ＰＥ與１-３％的過(guò)氧化物，在不同溫度下測(cè)得扭矩隨時(shí)間發(fā)生變化，隨交聯(lián)溫度提高，轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)變化劇烈且轉(zhuǎn)矩值上升，說(shuō)明高溫下交聯(lián)效率高，轉(zhuǎn)矩大反映交聯(lián)密度大，且高溫下開(kāi)始發(fā)生交聯(lián)的時(shí)間縮短，溫度低，交聯(lián)程度下降，交聯(lián)時(shí)間延長(zhǎng)，溫度低于１６０℃，基本不發(fā)生交聯(lián)．除上述轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值之外，轉(zhuǎn)矩變化的程度也是衡量物料混煉時(shí)加工工藝性能的重要參數(shù)，定義轉(zhuǎn)矩波動(dòng)：Ｍmax－Ｍmin除以平均轉(zhuǎn)矩（Ｍmax＋Ｍmin）／２Λ的大小與物料的均一程度、物料與轉(zhuǎn)子、混煉室壁面的接觸情況（打滑或粘連）、物料的流變狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)物料很不均勻，物料在工作表面打滑，物料發(fā)生不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)，Λ較大。Λ過(guò)大或過(guò)小均不利于混煉，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，物料最佳混煉的Λ值在0.05-0.07之間。3.轉(zhuǎn)矩流變儀的流變方程右圖給出不同溫度下丁苯橡膠的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系，坐標(biāo)軸采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)，可見(jiàn)，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩的對(duì)數(shù)值與轉(zhuǎn)速的對(duì)數(shù)值成正比關(guān)系，即其中，t是結(jié)構(gòu)粘性系數(shù)，A與t可通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。可見(jiàn)上式與非牛頓型流體的冪律方程相似。在密閉式雙轉(zhuǎn)子混合器中，這種混合器可以設(shè)想成兩個(gè)相鄰的同軸圓筒粘度計(jì)，每一個(gè)具有一定當(dāng)量面積，轉(zhuǎn)速分別是N和N‘，設(shè)轉(zhuǎn)子混合器中對(duì)應(yīng)于某個(gè)平均剪切速率，有確定的平均剪切應(yīng)力。作用在當(dāng)量面積上的轉(zhuǎn)矩M與粘性力矩平衡，即與剪切應(yīng)力相關(guān)，其轉(zhuǎn)速與剪切速率相關(guān)，因此根據(jù)剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系，可以確認(rèn)M與N之間有如下關(guān)系：此式即為轉(zhuǎn)矩流變儀的流變方程式，式中n，k即為冪律方程的n，k，c（n）是與n及密閉混合器幾何尺寸相關(guān)的系數(shù)。4.應(yīng)用（一）原材料的檢驗(yàn)與研究圖不同用量穩(wěn)定劑對(duì)PVC穩(wěn)定性能影響隨穩(wěn)定劑用量增加，開(kāi)始出現(xiàn)平衡扭矩上升的時(shí)間延長(zhǎng)，PVC安全加工時(shí)間隨穩(wěn)定劑用量的增加而增加。圖不同類(lèi)型穩(wěn)定劑對(duì)PVC混煉加工穩(wěn)定性的影響可見(jiàn)，CaZn-Stabi和Pb-Stab#1兩種穩(wěn)定劑出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩升高的時(shí)間較短，而Pb-Stab3#出現(xiàn)升高的時(shí)間最長(zhǎng)，因此它的穩(wěn)定效果最好?？梢?jiàn)，利用轉(zhuǎn)矩流變儀可模擬實(shí)際加工過(guò)程，為選擇合適的穩(wěn)定劑提供依據(jù)。（二）聚合物交聯(lián)過(guò)程研究右圖不同溫度對(duì)交聯(lián)PE反應(yīng)速率的影響，溫度為140，交聯(lián)反應(yīng)開(kāi)始的時(shí)間最長(zhǎng)，反應(yīng)速率最小，溫度為160時(shí)，反應(yīng)速率最大，時(shí)間最短。聚合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)時(shí)，分子鏈由線(xiàn)性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，體系粘度增大，轉(zhuǎn)矩升高，因此可用轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)上升作為交聯(lián)反應(yīng)開(kāi)始的標(biāo)志，轉(zhuǎn)矩上升的速率可以反映交聯(lián)反應(yīng)速率的快慢。從加料到開(kāi)始交聯(lián)做需要的時(shí)間作為安全加工時(shí)間，這對(duì)聚合物加工是非常重要的，如果安全加工時(shí)間太短，聚合物在混合過(guò)程中發(fā)生交聯(lián)，如果太長(zhǎng)，則會(huì)降低生產(chǎn)效率，因此在選擇加工條件時(shí)，應(yīng)合理確定加工溫度、交聯(lián)劑用量。4.4熔融指數(shù)測(cè)量?jī)x1.概述用熔融指數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)定高分子材料的流動(dòng)性，是在給定的剪切速率下測(cè)定其粘度參數(shù)的一種簡(jiǎn)易方法。但它存在一些不足：口模長(zhǎng)徑比小，流體在口模中不能充分發(fā)展，所以同時(shí)存在拉伸與剪切變形；剪切速率小，約0.5~20s-1，與實(shí)際生產(chǎn)有差異，擠塑的剪切速率10~1000s-1，注塑為100~10000s-1基本結(jié)構(gòu)：（1）料筒：內(nèi)徑9.550±0.025mm，長(zhǎng)度在150~180mm之間

（2）活塞：直徑9mm。在活塞桿上相距30mm處刻有兩道環(huán)形標(biāo)記。（3）標(biāo)準(zhǔn)口模：內(nèi)徑2.095±0.005mm和1.180±0.010mm兩種，高度皆為8.000±0.025mm。（4）負(fù)荷：活塞桿與砝碼質(zhì)量之和，精度±0.5%。2.測(cè)試原理與方法熔融指數(shù)的定義在一定的溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10min通過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量，單位g/10min。

ASTMD1238規(guī)定了常用聚合物的測(cè)試方法，測(cè)試條件包括；溫度范圍125~300℃，負(fù)荷范圍0.325~21.6Kg。之所以規(guī)定這樣的測(cè)試范圍，是為了使MFI值在0.15~25之間的測(cè)量取得可信的值。MFI的計(jì)算公式：其中W為樣條質(zhì)量，t為切樣條時(shí)間間隔。3.應(yīng)用3.1確定高分子材料的加工方法與用途

MFI是熱塑性聚合物熔體流動(dòng)性的一個(gè)表征參數(shù)，生產(chǎn)商利用MFI的大小劃分產(chǎn)品的等級(jí)，確定適用的加工方法與用途。下表：利用MFI確定不同等級(jí)的HDPE的用途MFI（190℃）加工方法典型用途0.05~0.15壓模，擠出樣模0.1~1.3擠出管材，圓桿0.1~0.4吹塑薄膜薄膜0.4~0.7擠出吹塑儲(chǔ)油罐1.3~3擠出吹塑中空制品3~13擠出吹塑，注塑玩具，日用制品13~25注塑螺絲帽25注塑日用制品3.2計(jì)算流變參數(shù)（1）剪切應(yīng)力與剪切速率計(jì)算其中，Rp活塞頭半徑=0.4737cm，口模半徑RN=0.105cm，口模長(zhǎng)度lN=0.8cm或2.326cm，力F=負(fù)荷*9.807（m/s2）流動(dòng)速率（cm3/s）ρ為密度（g/cm3）（2）MFI與負(fù)荷關(guān)系：由于MFI代表的是中等剪切速率范圍內(nèi)剪切應(yīng)力與剪切速率曲線(xiàn)上的一點(diǎn)，因此可近似地采用冪律定律，所以對(duì)于兩個(gè)不同負(fù)荷下的MFI值，存在如下關(guān)系：式中，MFI1，MFI2分別代表負(fù)荷F1，F(xiàn)2時(shí)的MFI值，n為非牛頓指數(shù)。因此利用不同負(fù)荷下的MFI值和上式可近似計(jì)算非牛頓指數(shù)。4.5其它流變測(cè)量?jī)x器（一）錐板型轉(zhuǎn)子流變儀屬于轉(zhuǎn)子流變儀的一種，其核心結(jié)構(gòu)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的錐度很小的圓錐體和一塊固定的平板組成，被測(cè)液體充入其中。圓錐體由半徑R、外錐角Θc及轉(zhuǎn)速Ω等參數(shù)確定，Ω可連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)圓錐體以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)液體隨之運(yùn)動(dòng)，液體作用在固定板上的扭矩M可通過(guò)傳感器測(cè)出。優(yōu)點(diǎn)：流場(chǎng)中任一點(diǎn)的剪切應(yīng)力和速率相等；圓錐體的旋轉(zhuǎn)速度可控制得很慢，以便測(cè)出零剪切粘度；可測(cè)出法向應(yīng)力差函數(shù)和用于流體動(dòng)態(tài)粘彈性測(cè)量。缺點(diǎn)：由于離心力、邊緣熔體破裂及二次流動(dòng)的影響，高轉(zhuǎn)速測(cè)量受到一定限制。應(yīng)用：主要用于高聚物熔體在低剪切下（10-3~10-1s-1）的粘度及第一法向、第二法向應(yīng)力差測(cè)量。1.粘度測(cè)量：假設(shè)：流體不可壓縮，為穩(wěn)定層流，不計(jì)邊緣效應(yīng)，不計(jì)慣性?；居?jì)算方程：其中，A為儀器常數(shù)=1/Θc其中k為儀器常數(shù)。M和Ω可根據(jù)具體物料和測(cè)試條件進(jìn)行調(diào)節(jié)和測(cè)量，測(cè)試和數(shù)據(jù)處理不需要作任何校正，比毛細(xì)管流變儀簡(jiǎn)便很多。而且計(jì)算方法對(duì)牛頓和非牛頓流體均適用。

2.法向應(yīng)力差函數(shù)

首先采用傳感器測(cè)量作用在錐上的總推力F。

利用總推力，得第一法向應(yīng)力差函數(shù)：

F’為作用于板上的凈推力，可由測(cè)得的總推力F減去壓力P0的影響求得。由于F和F‘的大小與錐或板的旋轉(zhuǎn)角速度有關(guān)，所以可以建立法向應(yīng)力差與角速度間的關(guān)系。

（二）同軸圓筒粘度計(jì)主要用于聚合物溶液、乳液、懸浮液的流變測(cè)量中。將被測(cè)物料加到兩個(gè)同軸圓筒間，內(nèi)筒或外筒旋轉(zhuǎn)，測(cè)定轉(zhuǎn)矩大小，轉(zhuǎn)矩大，粘度大。在同軸圓筒中，圓筒表面的切應(yīng)力，可從轉(zhuǎn)矩的測(cè)量中得到。對(duì)于牛頓流體，切應(yīng)力為：其中，V為線(xiàn)速度，V=Ωr，Ω角速度，r液層與中心軸距離，內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)，V隨r增大而減少。作用在離中心軸r處液層的剪切力F為：作用在轉(zhuǎn)軸上的力矩為其中，K為儀器常數(shù)。內(nèi)圓筒壁面上的剪切速率：其中，A為儀器常數(shù)。由于端面及壁面效應(yīng)，要對(duì)應(yīng)力做校正。采用的方法與前面介紹的毛細(xì)管流變儀入口校正方法類(lèi)似。假想液柱h增加一段附加高度h0，則有：其中，h0采用下面方法確定，用不同浸入高度與對(duì)應(yīng)的M/Ω值作圖，外推至M/Ω=0，與橫坐標(biāo)相交處即為h0。優(yōu)點(diǎn)：由于內(nèi)外筒間的間隙較小，流體各個(gè)部分的切變速率接近均一，而且校正容易。為了避免端面效應(yīng)，可采用圓筒長(zhǎng)度與間距比大于100的同軸圓筒，此時(shí)，可不進(jìn)行校正。缺點(diǎn)：對(duì)于很粘的聚合物熔體，裝料困難圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在聚合物中產(chǎn)生法向應(yīng)力，會(huì)使聚合物沿內(nèi)筒軸往上爬。不過(guò)這點(diǎn)可以用來(lái)估算表征彈性的法向應(yīng)力效應(yīng)的大小。（三）平行板式粘度計(jì)該粘度計(jì)較簡(jiǎn)單，樣品置于兩平行板間，上或下板轉(zhuǎn)動(dòng)即可?；痉匠蹋浩渲蠥為儀器常數(shù)。其中k為儀器常數(shù)可用于測(cè)流體粘度，還可用于表征彈性的第一法向應(yīng)力差的測(cè)量。（四）落球式粘度計(jì)是一種實(shí)驗(yàn)室常用的測(cè)量透明溶液粘度的儀器。將待測(cè)溶液置于玻璃測(cè)粘管中，放入加熱恒溫槽之中，使之恒溫，然后向管中放入不銹鋼小球，令其自由下落，記錄小球恒速下落一段距離s所需時(shí)間t，由此計(jì)算溶液粘度