CR-400毛細管流變儀*性及流變儀主要用途

一(yi)、概述：

橡塑材料具有(you)流(liu)變(bian)行為。流(liu)變(bian)，即流(liu)動(dong)和變(bian)形的總稱。

變(bian)(bian)形(xing)行(xing)為的(de)研(yan)究(jiu)一般用旋(xuan)轉流變(bian)(bian)儀，它(ta)是(shi)在較(jiao)小變(bian)(bian)形(xing)水平上的(de)動態測(ce)試，以彈性(xing)模量、粘性(xing)模量和損(sun)耗因子等三個(ge)主要參數(shu)對材(cai)料(liao)進行(xing)表(biao)征。主要應用于理論研(yan)究(jiu)。

流(liu)動行為的(de)研究一般用毛細管(guan)流(liu)變(bian)儀(yi)，它是(shi)在剪切(qie)應(ying)力的(de)作用下，使熔體產生(sheng)流(liu)動。直接測量剪切(qie)應(ying)力和剪切(qie)應(ying)變(bian)速率兩個參數，可計(ji)算出(chu)粘度(du)隨剪切(qie)速率的(de)變(bian)化曲(qu)線，即粘度(du)曲(qu)線。毛細管(guan)流(liu)變(bian)儀(yi)測量方法更貼近生(sheng)產過程，對工(gong)業(ye)上的(de)材料(liao)研發(fa)及生(sheng)產具有(you)直接的(de)指導意義。

α=σ/y式中：α-剪切粘度(du)（Pas）σ-剪切應力(li)（Pa）y-剪切應變速率（1/s）

粘(zhan)度(du)是流動的阻力(li)。粘(zhan)度(du)具(ju)有溫度(du)依賴(lai)性和(he)應變(bian)速率依賴(lai)性。

粘度的(de)應變速(su)率依賴(lai)性可用一筒料，一次試驗得到，8~10個不(bu)(bu)同速率的數據點。粘(zhan)度的溫度依賴(lai)性一(yi)般需要不(bu)(bu)同溫度下的多(duo)次(ci)試驗才能(neng)得到。

二、毛細管流變(bian)儀的主要技(ji)術指標和功能：

1、最大力值(zhi)

剪切應力(li)=應(ying)力(li)(li)因子×剪(jian)切力(li)(li)力(li)(li)值越(yue)大(da)(da)，剪(jian)切應(ying)力(li)(li)越(yue)大(da)(da)，可測的(de)粘度(du)越(yue)大(da)(da)；力(li)(li)值越(yue)大(da)(da)，活塞(sai)速(su)度(du)越(yue)高(gao)，剪(jian)切速(su)率越(yue)大(da)(da)。

2、最大速度及(ji)動態速度比

剪切應變速率(lv)=應變因子×活塞速(su)度速(su)度越高，剪切速(su)率越大(da)，即可進行(xing)高速(su)剪切。動態速(su)度比=低速度：最高速度動態速度比越大，剪(jian)切速率范圍越大。

例如：CR-400C動態速度比(bi)為1：400，000剪(jian)切(qie)速率(lv)范圍可跨越(yue)5個半數量級。

3、最大剪切速率

取決(jue)于①最大力值(zhi)；②料(liao)筒直徑(jing)；③口模(mo)的直徑(jing)（直徑(jing)越(yue)小(xiao)，剪切速率越(yue)大）

4、最大口模長(chang)徑(jing)比

長(chang)徑比(bi)(bi)越大，入口(kou)壓(ya)力效應越小。長(chang)徑比(bi)(bi)≧40可(ke)不進行Bagley校正。但(dan)制造大長徑(jing)比(bi)的口模工(gong)藝困(kun)難，所以，現在最大長徑(jing)比(bi)為40

零口模只具有理(li)論意義，實際上(shang)誤(wu)差(cha)很大。

5、料筒直徑(jing)及個數

料筒直徑：直徑越大，裝料越多，數據點越多。

不同的測(ce)試功能需要不同的直徑，MFR測試，標準(zhun)規(gui)定為9.5mm；

熱傳導測試需要大直(zhi)徑的料(liao)筒；PVT測試對料筒直(zhi)徑(jing)也有要求(qiu)。

料(liao)筒(tong)個數：單料(liao)筒(tong)；雙料(liao)筒(tong)；三料(liao)筒(tong)；多料(liao)筒(tong)實驗效率高，Bagley校正容易。

6、標準(zhun)測試系統（壓(ya)力傳(chuan)感(gan)器；力傳(chuan)感(gan)器）

粘度測(ce)試一(yi)般選用壓力傳感器；MFR測(ce)試采用力傳(chuan)感(gan)器(qi)；PVT測試(shi)兩種都(dou)用。

7、溫度精度

料(liao)筒(tong)長度(du)很大(da)，存在內部溫度(du)梯度(du)，高(gao)的溫度(du)精度(du)技術(shu)難度(du)很大(da)，一(yi)般為0.1℃采(cai)用多加熱(re)元件／加熱(re)帶一般為4加(jia)熱(re)帶加(jia)熱(re)帶越多，溫(wen)度梯度越小。

8、擴展功能

8.1.口模漲(zhang)大測試(shi)(shi)(shi)－粘(zhan)度測試(shi)(shi)(shi)研究材(cai)料的(de)粘(zhan)性；口模漲(zhang)大測試(shi)(shi)(shi)研究材(cai)料的(de)彈性；

8.2.PVT測試(shi)－模擬(ni)注射成形工藝過程；

8.3.MFR測試(shi)－理論上(shang)可行，但更換(huan)麻煩，大材(cai)小用(yong)；

8.4.熱傳(chuan)導(dao)測(ce)試(shi)；

8.5.熔體拉(la)伸(shen)測試－剪切變形有局限性，許多塑料(liao)加工工藝(yi)過程(cheng)與(yu)拉(la)伸(shen)形變相(xiang)關；

8.6.熔(rong)體溫度測試；

9、軟(ruan)件(jian)功能(neng)

*控制功能--界面友好，自動化程(cheng)度高(gao)，人(ren)為干預少，人(ren)為誤(wu)差小；

*管理(li)功能--數據、圖表和曲線，輸入、輸出格式等；

*處理功能(neng)--數(shu)據校正，數(shu)據結果，數(shu)學(xue)模型等；

三、CR-400C毛細管流(liu)變儀的*性：

1.力值(zhi)大

CR-400C的力值（20kN）比絕大多數競爭產(chan)品(pin)都大。有(you)些競爭產(chan)品(pin)只有(you)花高費(fei)用才能(neng)購(gou)買具有(you)同等力(li)值的選(xuan)購(gou)件。在雙(shuang)料(liao)筒系統中，必須大的活塞(sai)力(li)才能(neng)進(jin)行高速的測量(liang)。

2．活(huo)塞速度范(fan)圍寬1:400,000

×精確(que)測定零(ling)切粘度(du)系(xi)數要求(qiu)具有極(ji)低的活塞速度(du)。

×Sabia、Yasuda及Carreau模型的(de)松弛時間需要很寬(kuan)的(de)剪切(qie)速率范(fan)圍，尤其需要低的(de)剪切(qie)速率。

×有些加(jia)工工藝如紡絲，剪切速率很(hen)高（達100,0001/s）。

所(suo)以，儀器所(suo)具有很寬的動態速(su)度(du)范圍(wei)是(shi)非常(chang)*的，也是(shi)很必要的。

3.流變儀可隨意控制

×WinRheo軟件使(shi)流變儀的控(kong)制很方便，特別是更注重用于pVT（壓力-體積-溫度(du)）和熱傳導性的(de)測(ce)量(liang)，可以進行各種溫度(du)和壓力下的(de)自(zi)動測(ce)量(liang)。

×為了分析材料的(de)松弛和(he)加速(su)行為，可以設置開(kai)始和(he)停止或減速(su)、加速(su)程序。松弛和(he)加速(su)行為與材料的(de)彈性有關(guan)。

×熱穩定性的測試(shi)可以(yi)在(zai)恒定速率(lv)或者任意周期性的壓力(li)下(xia)進行。

4.應力或速率(lv)控制下(xia)的試驗

×通常，毛細管流變儀僅(jin)在恒定(ding)剪切速率下（即恒定(ding)活塞(sai)速度）使用。

×為(wei)了進(jin)行(xing)Mooney（壁滑移）校正，需(xu)要應(ying)力(li)控制的試驗（即恒(heng)定(ding)力(li)）。

CR-400C毛細管(guan)流變儀可以在恒(heng)(heng)定(ding)速率、恒(heng)(heng)定(ding)壓力(li)或恒(heng)(heng)定(ding)力(li)下運(yun)行。

6.力(li)或(huo)壓力(li)的測量(liang)

×一些競爭產品，設計上(shang)僅有力或壓(ya)力測量。

×毛(mao)細管流變儀的(de)力(li)的(de)測量(liang)包(bao)括附加摩擦力(li)，它會(hui)引起(qi)粘(zhan)度測量(liang)的(de)錯(cuo)誤。

×壓力測量僅可在熔(rong)點(dian)溫度(du)以(yi)上進行。為了(le)得到完整的pVT和(he)熱傳導性(xing)圖，兩種測(ce)量(liang)都需要。

CR-400C毛細管流變儀(yi)可(ke)同時提供上(shang)述(shu)兩(liang)種測(ce)量。

7.用于科學計算(suan)的附(fu)加軟件工具(ju)

×高級數(shu)據(ju)處理軟件WinRheo2是(shi)用(yong)ExcelMacro編輯(ji)的(de)，它(ta)使(shi)得(de)在(zai)講稿，展示說明中表達測試結果變得(de)很(hen)容易。

×軟件具有(you)在線幫助，涵蓋了(le)所有(you)已書(shu)面發表的公式。

8.模(mo)塊化(hua)設(she)計具有(you)高度靈(ling)活性

×CR-400A毛(mao)細管流變儀的(de)模(mo)塊化(hua)設計使(shi)得(de)通過選購件，可(ke)很(hen)容易地將毛(mao)細管流變儀變為用于各種材料加(jia)工行為的(de)萬(wan)能試驗機。

×CR-400C毛細管流變儀器具(ju)有口模(mo)漲(zhang)大、熔(rong)體拉伸(shen)，pVT（壓力，體積，溫度）和熱(re)傳導性的測量功能。

9.口模漲大試驗

×僅(jin)有極少數的競爭(zheng)產品(pin)具有口模漲(zhang)(zhang)大單元(yuan)。口模漲(zhang)(zhang)大與擠出速度、口模和(he)(he)料筒的幾何(he)尺寸、時間和(he)(he)到(dao)口模出口的距(ju)離有關。

×CR-400A流變儀，口(kou)模(mo)(mo)漲大單(dan)元可調到至口(kou)模(mo)(mo)出口(kou)的的各種(zhong)不同的距離處(chu)。

10.熔(rong)體(ti)拉(la)伸

×競爭(zheng)對手(shou)的(de)儀器僅有拉-開（斷）式儀(yi)器（即Hauoff），拉伸測試結(jie)果誤差很(hen)大(da)。

11.熔體溫(wen)度測量

×熔體溫度（MeltTemp.）與料筒溫度（SteelTemp）不同(tong)，特別是高(gao)速擠(ji)出時。

×競爭產品采(cai)用紅外測溫，因必須知道材(cai)料的發射系(xi)數(shu)，實(shi)際使用很(hen)困難。

×CR-400A提供(gong)在毛細管入口和出口區(qu)域用熱電(dian)偶(ou)測量(liang)，既可精確(que)測量(liang)溫度，又不會擾(rao)動(dong)熔體(ti)的流動(dong)。

12.PVT（壓力(li)-體(ti)積-溫(wen)度）測量

PVT（壓力-體積-溫度）圖必(bi)須(xu)模擬(ni)注(zhu)射成(cheng)型過程(cheng)。這個選項僅有幾個競(jing)爭者可提供。

CR-400A能夠(gou)在比(bi)競爭(zheng)性(xing)儀器更(geng)低的速度下運(yun)行，因而具有更(geng)高的活塞(sai)位移(yi)分(fen)辨率。

13.熱傳(chuan)導(dao)測量

×塑膠(jiao)材料(liao)的(de)熱(re)傳(chuan)導性具有壓力和(he)溫度(du)依(yi)賴性，該數(shu)據對(dui)于工(gong)藝過程的(de)模擬(ni)是(shi)必須的(de)。熱(re)交(jiao)換對(dui)于任(ren)何(he)塑膠(jiao)的(de)工(gong)藝來說(shuo)都具有非(fei)常重(zhong)要的(de)意義(yi)。

四、毛細(xi)管流變儀的用途

如果說熔融指數(shu)儀主要是(shi)用于質量檢測，那(nei)么毛細管流變儀主要是(shi)用于研(yan)究和開發。

1.為制定(ding)生(sheng)產工藝提供科學數據：

塑料原料的(de)加工生產(chan)工藝，主要(yao)是控制(zhi)兩個參數：一(yi)是溫(wen)度(du)(du)；另(ling)一(yi)個是速(su)度(du)(du)（剪切(qie)速(su)率(lv)）。

①提供(gong)溫(wen)度(du)數據

在固定剪切(qie)速率(lv)下(xia)，測量不(bu)同溫(wen)度(du)時的流(liu)動曲(qu)線，即可得到材(cai)料(liao)的粘(zhan)度(du)隨溫(wen)度(du)變(bian)(bian)化的曲(qu)線。可以知(zhi)道材(cai)料(liao)對溫(wen)度(du)的敏(min)感程度(du)，流(liu)動曲(qu)線隨溫(wen)度(du)變(bian)(bian)化的曲(qu)線斜(xie)率(lv)很(hen)大(da)，陡峭，說明(ming)對溫(wen)度(du)很(hen)敏(min)感。反之(zhi)，如(ru)果粘(zhan)度(du)隨溫(wen)度(du)變(bian)(bian)化的曲(qu)線很(hen)平緩，說明(ming)對溫(wen)度(du)不(bu)敏(min)感。當然，從曲(qu)線上可以很(hen)容易(yi)找到，在什么(me)溫(wen)度(du)下(xia)，熔體的流(liu)動性能好，適(shi)合于加工生產，這就是制定生產工藝的科學依據。

流動曲線對(dui)(dui)溫(wen)度非(fei)常敏感的(de)材料(liao)，如尼龍，控制(zhi)一個(ge)合(he)適的(de)溫(wen)度對(dui)(dui)控制(zhi)產品質量非(fei)常重要(yao)。而對(dui)(dui)溫(wen)度不敏感的(de)材料(liao)，只改(gai)變溫(wen)度對(dui)(dui)產品的(de)質量作用(yong)不大。

②提供(gong)剪切速率數據(ju)

在固定溫度下，測量(liang)不同的(de)(de)剪(jian)(jian)切速率(lv)時的(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)曲(qu)線(xian)，即可得到(dao)材料的(de)(de)粘度隨剪(jian)(jian)切速率(lv)變化(hua)的(de)(de)曲(qu)線(xian)。基本不隨剪(jian)(jian)切速率(lv)變化(hua)的(de)(de)是(shi)牛頓流(liu)體(ti)；粘度隨剪(jian)(jian)切速率(lv)增加(jia)而(er)下降（剪(jian)(jian)切變稀）是(shi)假塑性流(liu)體(ti)，聚合物(wu)熔體(ti)多數(shu)是(shi)剪(jian)(jian)切變稀的(de)(de)。還(huan)有一類是(shi)剪(jian)(jian)切變稠的(de)(de)。從(cong)圖上可以找出(chu)流(liu)動(dong)(dong)性能好，適(shi)合于(yu)生(sheng)產加(jia)工(gong)的(de)(de)剪(jian)(jian)切速率(lv)。生(sheng)產中(zhong)一般是(shi)改變馬(ma)達轉數(shu)來(lai)改變剪(jian)(jian)切速率(lv)。

還(huan)有(you)一點特別重要：剪切速(su)率與生(sheng)產方法(fa)關(guan)系很大。

生產方(fang)法：紡(fang)絲注射擠(ji)出壓(ya)延；

剪切速(su)率：104～105103～104101～102100（1/s）。

因此(ci)，要特別關心與生產方法對(dui)應(ying)的剪切速率范圍內的流動特性。

2.為研制新材(cai)料提供科學依(yi)據

①為了研(yan)制新材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)，或者改進材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)性(xing)能(neng)，一般是采用新的(de)配(pei)(pei)方(fang)(fang)、配(pei)(pei)比(bi)，或者在材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)里加(jia)入某種(zhong)填充劑(ji)(ji)，添(tian)加(jia)劑(ji)(ji)等。材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)由(you)哪幾種(zhong)成(cheng)分（配(pei)(pei)方(fang)(fang)），每種(zhong)成(cheng)分的(de)比(bi)例（配(pei)(pei)比(bi)）是多(duo)少(shao)，都(dou)要(yao)通過(guo)毛(mao)(mao)細管流(liu)變儀(yi)測(ce)定其流(liu)動(dong)曲線(xian)，來評判其性(xing)能(neng)的(de)好壞，是否滿足要(yao)求。如果(guo)性(xing)能(neng)不滿足要(yao)求，可(ke)試圖在材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)里加(jia)入添(tian)加(jia)劑(ji)(ji)。每種(zhong)添(tian)加(jia)劑(ji)(ji)對材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)流(liu)動(dong)特性(xing)有何影(ying)(ying)響，都(dou)可(ke)以通過(guo)毛(mao)(mao)細管流(liu)變儀(yi)測(ce)其流(liu)動(dong)曲線(xian)，對比(bi)添(tian)加(jia)前、后流(liu)動(dong)曲線(xian)的(de)變化，即可(ke)知(zhi)道添(tian)加(jia)劑(ji)(ji)對材(cai)(cai)料(liao)(liao)(liao)流(liu)動(dong)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)(ying)響。

②同(tong)種(zhong)材料(liao)，其(qi)流動(dong)曲(qu)線(xian)（粘度～剪切速(su)率(lv)）可能不(bu)一樣，有的隨剪切速(su)率(lv)變化很快，有的比較平緩。為什(shen)么？

其(qi)中一個重(zhong)要原因可能是材料的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)量分(fen)(fen)(fen)布差異比較大。定量測(ce)定分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)量分(fen)(fen)(fen)布要用(yong)凝(ning)膠(jiao)色譜(pu)儀(yi)(yi)(yi)或旋轉流變儀(yi)(yi)(yi)。在沒有上述儀(yi)(yi)(yi)器的(de)(de)條(tiao)件下，也可通過毛(mao)細管流變儀(yi)(yi)(yi)給出大體的(de)(de)推斷。一般(ban)說(shuo)來，粘度隨(sui)剪切速(su)率變化(hua)陡峭的(de)(de)，分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)量分(fen)(fen)(fen)布范(fan)(fan)圍(wei)(wei)比較寬，而變化(hua)平緩(huan)的(de)(de)，分(fen)(fen)(fen)子(zi)(zi)量分(fen)(fen)(fen)布范(fan)(fan)圍(wei)(wei)比較窄。

3.指導解決產品質量(liang)糾紛(fen)：

提供塑料(liao)(liao)(liao)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)（顆粒，粉末）的(de)(de)廠(chang)(chang)家(jia)，其(qi)(qi)產品(pin)出廠(chang)(chang)時往(wang)往(wang)只(zhi)附有熔融指數的(de)(de)指標。用戶(hu)(hu)(hu)使用具(ju)有相同熔融指數的(de)(de)不同批次(ci)的(de)(de)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)，在相同的(de)(de)生產條件下(xia)，其(qi)(qi)成品(pin)，有的(de)(de)批次(ci)合格，有的(de)(de)批次(ci)不和(he)格。用戶(hu)(hu)(hu)就會投(tou)訴(su)原(yuan)料(liao)(liao)(liao)供應(ying)廠(chang)(chang)商(shang)(shang)。廠(chang)(chang)商(shang)(shang)可利用毛細管提供的(de)(de)流變數據(ju)指導解(jie)決用戶(hu)(hu)(hu)投(tou)訴(su)問(wen)題。

①用(yong)戶(hu)的(de)加工條件(jian)不當：

用戶只根(gen)據(ju)熔融指數(shu)制定加工(gong)條(tiao)件是不充分的。只有(you)流(liu)變數(shu)據(ju)（粘(zhan)度～溫度；

粘度(du)～剪切速(su)率(lv)）才是制(zhi)定工(gong)藝的科學(xue)依據(ju)。只要(yao)建議(yi)用(yong)戶對加工(gong)溫度(du)或轉(zhuan)速(su)稍(shao)作(zuo)調整，產品質量問題可能會迎(ying)刃而(er)解。

②原(yuan)料(liao)確實有問題：

毛細(xi)管流(liu)變(bian)(bian)儀提供的(de)(de)(de)(de)流(liu)變(bian)(bian)數(shu)據確(que)實異常（與(yu)合(he)格原料相比(bi)）。證明該批產品(pin)確(que)有(you)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)(ti)。如果(guo)(guo)是粘度值異常，有(you)可能(neng)是填充劑的(de)(de)(de)(de)成分(fen)(fen)和數(shu)量(liang)造(zao)成的(de)(de)(de)(de)；如果(guo)(guo)是粘度隨剪切速率的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)異常（與(yu)合(he)格產品(pin)比(bi)，過于陡峭(qiao)，或(huo)過于平緩(huan)）有(you)可能(neng)是原料的(de)(de)(de)(de)平均分(fen)(fen)子量(liang)和分(fen)(fen)子量(liang)分(fen)(fen)布的(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)(ti)。再(zai)結(jie)合(he)其它分(fen)(fen)析手段，可找出質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)癥結(jie)所在。