轉(zhuǎn)矩流變儀可以在類似實際加工的情況下,連續(xù)、準確可靠地對材料的流變性能進行測定,提供了更接近于實際加工的動態(tài)測量方法,如多組份物料的混合、熱固性樹脂的交聯(lián)固化、彈性體的硫化,材料的動態(tài)穩(wěn)定性以及螺桿轉(zhuǎn)速對體系加工性能的影響等。用于測定塑料及高分子材料的剪切速率和在一定溫度條件下,測定剪切應(yīng)力作用下熔體的流動性,包括熱塑性塑料的表觀粘度和熱固性材料表觀粘度。
塑料的塑化性能一般可用本儀器進行測定,通過塑化性能的測定可了解塑料塑化性能與成型加工性的關(guān)系,并可根據(jù)其塑化性能擬定成型加工工藝。測試原理如下:
塑料的成型過程,如塑料的壓制、壓延、擠出、注射等工藝,都是利用其熔體的塑化特性進行的。熔體受力作用,不但表現(xiàn)為流動和變形,而且這種流動和變形行為強烈地依賴于材料的結(jié)構(gòu)和外界條件,塑料的這種性質(zhì)成為流變行為(即流變性)。測量時,測試物料放入混合裝置中,動力系統(tǒng)對混合裝置外部進行加熱并驅(qū)使混合裝置的混合元件(螺桿、轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動,計算機按照測試條件給予給定值,保證儀器在實驗操控條件下工作。物料受混合元件的的混煉、剪切作用以及摩擦熱、外部加熱作用,發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化。在不同的變化狀態(tài)下,測試出物料對轉(zhuǎn)動元件產(chǎn)生的阻力轉(zhuǎn)矩、物料熱量、壓力等參數(shù)。計算機再將物料的時間、轉(zhuǎn)矩、熔體溫度、熔體壓力、轉(zhuǎn)速、流速等測量數(shù)據(jù)進行處理,得出圖、表形式的實驗結(jié)果。
轉(zhuǎn)矩流變儀的實驗條件一般包括加料量、溫度、轉(zhuǎn)速和時間:
1、加料量:實驗開始時將物料自混合器上部的加料口加入混合室,受到上頂栓對物料施加的壓力,并且通過轉(zhuǎn)子外表面與混合室壁間的剪切、攪拌、擠壓,轉(zhuǎn)子之間的捏合、撕拉,轉(zhuǎn)子軸向間的翻搗、捏煉等作用,以連續(xù)變化的速度梯度和轉(zhuǎn)子對物料產(chǎn)生的軸向力的形式,實現(xiàn)物料的混煉、塑化。顯然混合室內(nèi)的物料量不足,轉(zhuǎn)子難于充分接觸物料,達不到混煉塑化的較佳效果。反之,加入的物料過量,部分物料集中于加料口,不能進入混合室混煉塑化均勻或出現(xiàn)超額的阻力轉(zhuǎn)矩,使儀器安全裝置發(fā)生作用,停止運轉(zhuǎn),中斷實驗。若實驗過程中,去除上頂栓對物料的施壓作用,儀器轉(zhuǎn)矩值變化不突出時,說明加料量基本合適。加料量應(yīng)由混合室空腔容容積、轉(zhuǎn)子容積、物料(固體或熔體)的密度以及相應(yīng)的加料系數(shù)來計算確定。此外,為了保證測量的準確性和重現(xiàn)性,原料的粒度和材質(zhì)也應(yīng)均勻。
2、時間:混煉時間應(yīng)根據(jù)高分子材料的耐熱性、實驗觀察凝膠出現(xiàn)的時間,區(qū)域等因素確定。一般來說,在測試材料的加工流動性時,實驗時間設(shè)定為5min內(nèi)即可。
3、溫度與轉(zhuǎn)速:混合器加熱溫度一般取物料的熔融溫度或成型溫度,如果選擇的溫度過低,出現(xiàn)超額的阻力轉(zhuǎn)矩,會造成安全裝置發(fā)生作用,使儀器停止運轉(zhuǎn)。而溫度過高時,高聚物的鏈段活動能力增加,體積膨脹,分子間相互作用減小,流動性增大,黏度隨溫度提高而降低。物料在混煉塑化過程中的微小變化不易顯示出來,由此影響轉(zhuǎn)矩流變儀測試的準確性。對于PS、PVC、PC等高聚物,因為黏流活化能很大,熔體黏度對溫度十分敏感,增高溫度可以大大降低熔體的黏度,應(yīng)注意溫度的控制與調(diào)節(jié),使測試結(jié)果準確可靠。
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