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流变学简史

    流变学是力学的一个新分支,它主要研究物理材料在应力、应变、温度湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律。
    流变学研究的是在外力作用下,物体的变形和流动的学科,研究对象主要是流体,还有软固体或者在某些条件下固体可以流动而不是弹性形变,它适用于具有复杂结构的物质。“流变学”一词由拉法耶特学院的尤金·库克·宾汉教授根据他的同事马尔克斯·雷纳建议于1920年首创。这个词从误传为赫拉克利特的名言"Panta Rei",即“一切可流”(实际上来自辛普里丘著作)。
    流变学出现在20世纪20年代。学者们在研究橡胶、塑料、油漆、玻璃、混凝土,以及金属等工业材料;岩石、土、石油、矿物等地质材料;以及血液、肌肉骨骼等生物材料的性质过程中,发现使用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论已不能说明这些材料的复杂特性,于是就产生了流变学的思想。英国物理学家麦克斯韦和开尔文很早就认识到材料的变化与时间存在紧密联系的时间效应。
    麦克斯韦在1869年发现,材料可以是弹性的,又可以是粘性的。对于粘性材料,应力不能保持恒定,而是以某一速率减小到零,其速率取决于施加的起始应力值和材料的性质。这种现象称为应力松弛。许多学者还发现,应力虽然不变,材料棒却可随时间继续变形,这种性能就是蠕变或流动。
    经过长期探索,人们终于得知,一切材料都具有时间效应,于是出现了流变学,并在20世纪30年代后得到蓬勃发展。1929年,美国在宾厄姆教授的倡议下,创建流变学会;1939年,荷兰皇家科学院成立了以伯格斯教授为首的流变学小组;1940年英国出现了流变学家学会。当时,荷兰的工作处于领先地位,1948年国际流变学会议就是在荷兰举行的。法国、日本、瑞典、澳大利亚、奥地利、捷克斯洛伐克、意大利、比利时等国也先后成立了流变学会。
    流变学测量是观察高分子材料内部结构的窗口,通过高分子材料,诸如塑料、橡胶、树脂中不同尺度分子链的响应,可以表征高分子材料的分子量和分子量分布,能快速、简便、有效地进行原材料、中间产品和最终产品的质量检测和质量控制。流变测量在高聚物的分子量、分子量分布、支化度与加工性能之间构架了一座桥梁,所以它提供了一种直接的联系,帮助用户进行原料检验、加工工艺设计和预测产品性能。
   

流变仪简介

    流变仪是用于测定聚合物熔体、聚合物溶液、悬浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流变性质的仪器。

流变仪种类

    1、旋转流变仪
    旋转流变仪有以下两种类型:
    (1) 控制应力型 
    这种类型是使用最多的,这一类型的仪器,多数采用托杯马达和永磁体直流马达。托杯马达属于异步交流马达,惯量小,特别适合于低粘度的样品测试;永磁体直流马达,从原理上响应速度快,是应力型流变仪的一种发展方向。这一类型的流变仪,采用马达带动夹具给样品施加应力,同时用光学解码器测量产生的应变或转速,并在大扭矩测量方面不会产生大量的热,不会产生信号漂移。
    控制应力的流变仪由于有较大的操作空间,可以连接更多的功能附件。
    (2) 控制应变型
    单纯的控制应变型流变仪,目前市面上可供选择的型号及厂家并不多。这种流变仪直流马达安装在底部,通过夹具给样品施加应变,样品上部通过夹具连接倒扭矩传感器上,测量产生的应力;这种流变仪只能做单纯的控制应变实验,原因是扭矩传感器在测量扭矩时产生形变,需要一个再平衡的时间,因此反应时间就比较慢,这样就无法通过回馈循环来控制应力。  
  控制应变的流变仪由于硬件复杂,目前只有几种功能附件可供选择。
    2、毛细管流变仪 
    毛细管流变仪主要用于高聚物材料熔体流变性能的测试;工作原理是,物料在电加热的料桶里被加热熔融,料桶的下部安装有一定规格的毛细管口模(有不同直径 0.25~2mm和不同长度的0.25~40mm),温度稳定后,料桶上部的料杆在驱动马达的带动下以一定的速度或以一定规律变化的速度把物料从毛细管口模种挤出来。在挤出的过程中,可以测量出毛细
管口模入口出的压力,在结合已知的速度参数、口模和料桶参数、以及流变学模型,从而计算出在不同剪切速率下熔体的剪切粘度。
    3、转矩流变仪  
    实际上是在实验型挤出机的基础上,配合毛细管、密炼室、单双螺杆、吹膜等不同模块,模拟高聚物材料在加工过程中的一些参数,这种设备相当于聚合物加工的小型实验设备,与材料的实际加工过程更为接近,主要用于与实际生产接近的研究领域。
    4、界面流变仪    
    目前这种流变仪有振荡液滴、振荡剪切等几种原理;是流变测试中最难以准确实现的一个领域;还没有一种特别好而又通用的方法。

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