轉矩流變儀在高分子材料研究中的應用案例

轉矩流變儀 主要應用于橡塑高分子材料，是一種多功能流變學測試系統，可以用來精選配方、質量控制、流變學試驗和加工性能試驗。其試驗原理是測試材料在高溫剪切下轉矩的變化。轉矩與熔體的粘度相關，樣品混合時所受阻力與樣品熔體粘度成正比，通過作用在轉子或螺桿上的反作用扭矩測得這種阻力。

轉矩流變儀是高分子材料在溫度和應力作用下流動產生的粘性和彈性形變行為，它與各種因素的關系是高分子材料成型加工中最基本的工藝參數，對原料的使用、添加劑的選擇、加工工藝參數的確定、成型設備和模具的設計有著重要的指導作用。

高分子材料的合成與生產已是成熟的技術，現已開發出多種牌號，但由于市場的實際需求，需要進一步研究開發功能化、專用化的產品。在研究新配方、開發新產品、優化加工工藝的過程中都需要對原材料及加人添加劑的配方料進行混合試驗、流變試驗和加工試驗，這些試驗均離不開轉矩流變儀。轉矩流變儀技術先進、設計合理、功能強大，具有快速便捷、準確可靠的優點，實驗數據涵蓋內容豐富。因此研究人員和使用人員有必要對它的構成、原理和功能充分的認識和掌握。

轉矩流變儀的構成
轉矩流變儀是國際上通用的流變學測試儀器，從構成上分為三部分，即主機控制系統，測量驅動系統和輔機附件部分。主機控制系統用于設備的校正、試驗參數的設置、數據的采集、顯示和處理，發出對輔機的參數控制信號;測量驅動系統用于測量溫度、壓力、轉速和轉矩信號，隨時把信息傳給主機，并為輔機提供電源和馬達驅動;輔機部分包括混合器、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、吹膜機、壓延擠帶機、電纜包覆裝置和造粒機等;附件部分包括轉子、螺桿、模頭、漏斗、加料器、傳感器和電子天平等。根據不同的試驗要求，將主機、輔機和附件有機地組合起來，便可完成。

轉矩流變儀的工作原理

矩矩流變儀配有不同參數的螺桿，在具有一定溫度的圓筒內旋轉，筒的另端設有送料斗。當原料被送至筒的2/3處時逐步增塑，進入到筒的剩余部分內被均化，當所有顆粒全部溶化后即可利用毛細管擠出模具成為母料或注入模具成形，同時設備也完成對材料的表現粘度與剪切速度及剪切應力關系的測量。

矩矩流變儀支持軟件集由表觀粘度試驗軟件plastic與表觀粘度測試數據處理軟件WinNian組成。plastic軟件可通過PC機的串行口分別實現對試驗數據進行采集和參數控制，以及建立人機信息交互界面。這個界面功能比較齊全，可以完成6路溫度的測控，包括轉速設定、測量和控制，扭矩、壓力測量等。曲線窗口可以實時顯示以上各數據對時間的曲線。這些數據可以由專用的WinNian進行數據處理。

當改變擠出機的螺桿轉速，可改變口模內外壓力差P值和擠出流量Q值，試驗數據可以文件的形式保存。該文件在軟件WinNian中打開，篩選出具有代表性數據自動輸出雙對數坐標的 g-h，g-t 曲線。

轉矩流變儀的應用

1、混合器試驗
混合器相當于一個小型密煉機，是轉矩流變儀的一個重要輔機。由一個“00”字形混合室和一對相向旋轉的轉子組成。轉子分四種類型，即軋輥轉子、凸輪轉子、班布里轉子和西格瑪轉子。根據試驗材料對剪切的要求，選擇不同的轉子。在高分子材料的研究過程中，混合試驗是必不可少的?；旌蠘悠返耐瑫r，測試扭矩、溫度、總扭矩及隨時間變化的關系。在不同的試驗條件下測定流變特性、測試顏料的分散效果及添加劑對粘度的影響。試驗得到的曲線表征特定的物料混合轉矩和溫度隨時間的變化關系，描述了樣品的加工性能和過程狀態。

2、擠出加工試驗
轉矩流變儀配備了單螺桿和雙螺桿擠出機。在擠出機中，物料得到熔融、混合、壓縮、均化、最后擠人模頭。第一可以用擠出機模擬實際工藝試驗，配方制樣，質量控制;第二可以進行小規模生產。配上不同的模頭，可以加工不同的產品，如配方造粒、壓延片材、吹膜、擠管、異型材擠出、電纜包覆及毛細管流變試驗等。擠出機同時帶有多個參數的測量，在模擬實際加工時，可同步測量溫度、熔體壓力、轉速和轉矩。這樣根據需要，可隨時改變擠出加工條件，以滿足試驗的設計要求，找到最佳的工藝參數。單、雙螺桿的選用有一定的區別，對剪切敏感的高分子材料，選用單螺桿擠出機，用來混合擠出，測量熔融、流變特性。對于溫度敏感而對剪切不敏感的材料，選用雙螺桿擠出機，擠出過程可以完成顏料和添加劑與聚合物的混合，還可擠出在螺筒中進行聚合的物料，雙螺桿擠出機設有排氣裝置。

轉矩流變儀的模頭和附件的應用
轉矩流變儀配備了十幾種模頭和附件，是試驗不可或缺的重要組成部分。
(1) 圓孔模頭用來擠出造粒，檢測口模膨脹，拉絲測熔體強度等。
(2) 狹縫模頭用于帶狀擠出，經壓延牽引成型片材，用作其它試驗的樣品，如力學性能、光學性能、電性能和顏料分散情況檢測等。
(3 )擠管模頭用于細管擠出成型，觀察分析管材料的成型情況。
(4) 吹膜模頭用于小量窄幅吹膜，可作光學性能、魚眼檢測試驗樣品。
(5) 濾網試驗圓孔模具在擠出機頭裝上圓孔模具，可測試聚合物中碳黑、填料及顏料的分散和顆粒污染情況。試驗過程中，較大的顆?；蝾伭蠄F塊緩慢堵塞過濾裝置，從而引起熔體壓力隨時間上升。壓力上升，是顆?；蝾伭蠈θ垠w的污染造成的。
(6) 電纜包覆模具電纜包覆模具配上牽引裝置，可以對金屬導線進行低速掛線包覆試驗，初步檢驗電纜料的掛線包覆性能。
(7) 異型材模具一般用Garvey模具，對高分子材料的擠出特性從外觀、截面的一致性及口模脹大上進行客觀評價。

轉矩流變儀作為流變學測試儀器已被廣泛接受和認可。在高分子材料配方研究、加工性能和流變特性試驗中發揮了重要作用，已成為原材料質量控制、優化加工工藝、開發新產品的重要手段。由于轉矩流變儀功能強大，測試數據涵蓋內容豐富，在高分子領域得到了越來越廣泛的應用。

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