塑料熔体流变性(毛细管流变仪)
塑料熔体流变性（毛细管流变仪）
（参考GB/T 16582——1996部分结晶聚合物熔点试验方法毛细管法） 塑料熔体流变性有多种测定方法，通常随使用的仪器类型而不同，用于测量流变性能的仪器一般称为流变仪，有时又叫粘度计。在测定和研究塑料熔体流变性的各种仪器中，毛细管流变仪是一种常用的较为合适的实验仪器，它具有多种功能和宽广范围的剪切速率容量。毛细管流变仪即可以测定塑料熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速率的关系，又可以根据挤出物的直径和外观或在恒定应力下通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和不稳定流动（包括熔体破裂）现象。从而测其加工行为，作为选择复合物配方、寻求最佳成型工艺条件和控制产品质量的依据；或者为辅助成型模具和塑料机械设计提供基本数据。
一、实验目的
1、掌握塑料熔体流变性的测试原理；
2、了解转矩流变仪的操作方法；
二、实验原理
毛细管流变仪测试的基本原理是：设定一个无限长的圆形毛细管中，塑料熔体在管中的流动为一种不可压缩的粘性流体的稳定层流流动；由于流体具有粘性，它必然受到来自管壁与流体方向相反的作用力。通过粘滞阻力应与推动力相平衡等流体力学过程原理的推导，可得到管壁处的剪切应力和剪切速率与压力、熔体流速的关系如下：
材料流经毛细管时的剪切应力为：
τ=R·⊿P/2L （1）
其中 R—毛细管的内半径，这里 R=0.635 mm
⊿P—材料流经毛细管的压力差kg/cm2
L—毛细管的长度，例如选择长径比为30：1的毛细管，L=38.1mm
剪切速率为：
=4Q/πR3 (2)
其中 Q—挤出流量cm3/s
由此，在温度和毛细管长径比（L/2R）一定的条件下，测定不同的压力下塑料熔体通过毛细管的流动速率Q，由流动速率和毛细管两端的压力差⊿P，可计
算出相应的剪切应力和剪切速率，将一组对应的τ和在对数座标纸上绘制流动曲线，即可求得非牛顿指数（n）和熔体的表观粘度（ηa）；改变温度或改变毛细管长径比，则可得到代表粘度对温度依赖性的粘流活化能；以及离模膨胀比等表征流变特性的物理参数。
需要说明的是，对大多数塑料熔体来说都属于非牛顿流体，它在管中流动时具有弹性效应、壁面滑移和流动过程的压力降等特性。而且，毛细管的长度是有限的，由上述假设推导测得的实验结果会产生一定的偏差。为此，对假设熔体为牛顿流体推导的剪切速率和适于无限长毛细管的剪切应力必须进行“非牛顿校正”和“入口校正”，方能得到毛细管壁上的真实剪切速率和剪切应力。
三、实验原料
热塑性塑料如PE、PP、PS及其复合物粉料、粒料、条状薄片或模压块料等；实验前应根据材料类别和性质作相应处理，如干燥等。
四、主要仪器设备
R200 转矩流变仪一台；天平（感量0.1g）一台；剪刀一把。
当塑料熔体通过毛细管口模时，由安装在毛细管口模处的压力传感器和热电偶测试出熔体的压力和温度，微机记录下熔体压力和温度数值。
五、实验过程
1将挤出机安装在主机上，选择一个毛细管模芯。
2启动winrheo，选择操作平台。
4设置实验条件如温度和转速，启动电源、启动加热。
5启动电机开始做实验，并记录不同转速下熔体的流量数据。
6数据保存，停电机。
7更换另一个毛细管，重复上述步骤。应至少用3组不同长径比的毛细管，而且长径比至少为20：1。
六、数据处理
1、启动WinVisco应用软件。
2、输入实验报告信息。
3、添加数据文件及输入实验参数，筛选数据。
4、查看筛选的数据，检查数据的有效性和合理性。
5、显示曲线。
6、打印或保存曲线。
7、关闭系统。
七、思考题
1、在剪切流动中，根据剪切应力和剪切速率的关系，聚合物熔体是如何分类的？
2、假塑性流体和膨胀性流体分别具有怎样的流动特征？