旋转流变仪技术指标标准解读与培训讲解.pdf

旋转流变仪技术指标解读 旋转流变测量基础系列 1 从工作方程说起 1 流变测量 （Rheometry ）只测量两个基本黏弹性能 （Viscoelasticity ）物理量 ：1）描述 弹性的模量 （Modulus ）和2 ）描述黏性的黏度 （Viscosity ）。旋转流变仪测量这两个物理量 的工作方程分别为： 应力 扭矩× 应力因子 模量= = 应变 角位移× 应变因子 应力 扭矩× 应力因子 黏度= = 应变速率 角速率× 应变因子 这里的扭矩是指施加在样品上的扭矩，应力因子和应变因子取决于样品的几何形状 （Geometry ）。由此可以看出，角位移、角速率和扭矩是旋转流变仪最为重要的技术指标。 2 角位移 角位移 （Angular displacement, φ ）是描述物体转动时位置变化的物理量，其数值通常 2 用弧度（rad ）表示。 旋转流变仪量测角位移的能力取决于其位移传感器，现代旋转流变仪的位移传感器均采 用光学编码器（Optical encoder ），因此，光学编码器的技术指标决定了仪器量测角位移（测 量应变）的实际能力。 光学编码器一般只用分辨度标示其技术能力指标。 角位移的量测需要从起点（0 ）算起，因此最小角位置可以为 0 。另一方面，旋转流变 仪可以无限旋转从而最大角位移可以为无穷大。 3 角速率 角速率 （Angular velocity, Ω ）为单位时间内的角位移，即角位移对时间的变化率。其 常用单位为rad/s 或转/分。每转6.28rad，每分60 秒，则二者的换算关系为 1 转/分= 6.28/60 = 0.105 rad/s 例如若某仪器的最大转速为1500 转/分，则最大角速率则为1500 × 0.105 = 157.5 rad/s 。 但需要指出的是，流变测量中控制的变量是剪切速率（Shear rate, ̇ ）而不是角速率。 几种常见夹具的剪切速率与角速率的换算关系列于表1。 表 1 不同夹具剪切速率与角速率之间的换算关系 1 其他黏弹性能物理量均可认为是两个基本物理量的衍生量，如柔量（Compliance ）为模量的倒数，损耗 模量（Loss modulus ）为黏度与角频率（Angular frequency ）的乘积等。 2 但需要指出的是弧度（rad ）并不是单位，只是表示角度数值用弧度标识而已。 夹具 换算关系 备注 ̅ ̅ 同心圆筒 × Ω = ( + )⁄2， 为转子外径， 为外杯内径 ̇ = − 锥板 ̇ = Ω⁄ 为锥板的锥度 平行板 × Ω r 为半径，为平行板间隙 ̇ = 可以看出，对于锥板，小锥度能获得更高的剪切速率；对于平行板，最高剪切取决于半 径对间隙的比值。 需要特别指出的是，平行板流场中真实的剪切速率对半径成线性关系而不是一个恒定值， 仪器报告的剪切速率通常为表观剪