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旋轉流變儀的工作原理和應用范圍
旋轉流變儀的工作原理和應用范圍
工作原理
旋轉流變儀是研究測量材料流變學特性的儀器之一，采用對樣品施加強制穩態速率載荷、穩態應力載荷、動態正弦周期應變載荷或動態正弦周期應力載荷的方式，觀測樣品對所施加載荷的響應數據；通過測量剪切速率、剪切應力、振蕩頻率、應力應變振幅等流變數據，計算樣品的黏度、儲能模量、損耗模量、Tanδ等流變學參數。是材料領域應用廣泛的流變測量儀器，可以研究從低黏度流體到高強度固體樣品的流動和變形特性。
旋轉流變儀根據其等級大致可以劃分為兩種，一種是以機械軸承馬達為核心測量結構的低等級旋轉流變儀，基本要求是可以進行連續的轉速控制，一般只具有穩態測量功能，可以測量黏度η、流動曲線、屈服應力、觸變性等流變學特性，但測量范圍比較小。
另一種是以空氣軸承馬達為核心測量結構的高等級旋轉流變儀，基本要求是可以進行連續的轉速控制、可以產生正弦波應變或應力，具有穩態測量、動態測量、瞬態測量功能，可以測量黏度、流動曲線、屈服應力、觸變性、復數模量G*、儲能模量G'、損耗模量G"、Tanδ、應力松弛、蠕變等流變學特性，測量范圍比較寬。
1）旋轉流變儀測量系統與樣品接觸，并施加載荷，并在穩態或動態模式下測量扭矩，用夾具系數將物理量（扭矩、轉速）轉化為流變學的參數（剪切速率、剪切應力、儲能模量、損耗模量、Tanδ），常用測量系統有：
a.平行板
b.同心圓筒
c.錐/平板
d.固體扭擺夾具
e.熔體拉伸夾具
2）旋轉流變儀的控溫系統
旋轉流變儀具有多種控溫系統可選，等級越高的流變儀可選的控溫系統越多，溫度范圍越寬；低等級旋轉流變儀一般使用液體循環器作為控溫設備，高等級旋轉流變儀一般可選半導體控溫、電加熱控溫、對流輻射爐控溫等，一般適用范圍大致如下：
半導體控溫（Peltier）：一般在200℃以下，是使用廣泛、方便的控溫方式；
電加熱控溫：一般在400℃以下，應用于聚合物熔體等材料的測試；
對流輻射控溫爐：一般可達到600℃，低溫可達-150℃左右，特殊的可達1000℃，主要應用于高溫熔體、固體、玻璃熔體、低溫合金熔體等材料；
3)流變儀測量的邊界條件有以下幾個方面
1.流動必須是層流
2.測試過程必須是穩態流動
3.樣品與轉子之間沒有滑移
4.樣品是均勻的
應用范圍
材料
工藝/產品
相應流變特性
聚合物-熱塑性
可加工性和產品性能
粘度、剪切變稀、彈性、柔量法向力
結構（分子量、分子分布）
彈性、粘度特性、零剪切粘度
支化、填料、流動特性的影響
零剪切粘度變化、彈性、柔量粘彈性能比較
研磨材料
原材料檢測（零剪切粘度、彈性模量、損耗模量、柔量）
聚合物-熱固性
低粘度
粘度曲線中的最小值
凝膠時間（時間/溫度）
彈性模量和損耗模量的交叉點
硫化曲線/固化動力學
模量曲線與溫度或時間的關系
交聯密度
平臺模量
聚合物-彈性體
交聯密度
平臺模量或復粘度曲線
填料的影響
粘彈性的比較
共混效果
材料的應變依存性（線形粘彈性的區域大小）
輪胎橡膠
彈性模量、損耗模量、損耗因子
粘合劑
粘合和撕裂特性
彈性模量、損耗模量的頻率依存性
壓敏膠特性
平臺模量的范圍
涂料
涂裝性
粘度、剪切變稀、屈服應力
垂掛性-涂刷、噴工藝
彈性、結構回復
流平性-涂刷
彈性、結構回復
掩縫性-涂刷
彈性曲線、彈性、結構回復
懸掛性
法向力、彈性
涂料-油墨
穩定性、儲存期
材料的時間依存性（線形粘彈性區域的大小）、蠕變
流動性
特定溫度下的粘度
涂料-粉末
流動性
特定溫度下的粘度
食品-面團、凝膠、分散液（懸乳液、乳液）
穩定性、儲存期
材料的時間依存性（線形粘彈性區域的大小）、蠕變
相分離
結構隨時間的變化
凝膠
結構性的增加、彈性
產品性能一致性
粘度和粘彈特性
在加壓情況下的流動與分散
粘度、剪切變稀
個人護理產品-面霜、凝膠、分散液（懸乳液、乳液）
穩定性、儲存期
材料的時間依存性（線形粘彈性區域的大小）、蠕變
相分離
結構隨時間的變化
凝膠
結構性的增加、彈性
產品性能一致性
粘度和粘彈特性
在加壓情況下的流動與分散
粘度、剪切變稀
陶瓷-漿料
穩定性、儲存期
材料的時間依存性（線形粘彈性區域的大小）、蠕變
流動性鑄造流動性能
特定溫度下的粘度
粘度、屈服應力、結構變化
油品、油脂、潤滑劑油品
傾倒性
特定溫度下的粘度
改性劑的效果
粘度、屈服應力、結構變化
原油中石蠟的分析
特定溫度下的粘度
油脂、潤滑劑：組分、結構
結構和粘度的變化
潤滑劑的混合
粘度曲線、屈服應力、柔量、結構變化
總的來說，使用旋轉流變儀，研究范圍涵蓋了從水到復合材料，能將微觀結構信息與加工過程緊密聯系在一起。