轉(zhuǎn)矩流變儀是研究材料流變性能的重要儀器，廣泛應(yīng)用于高分子材料、食品工業(yè)、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。它通過測量材料在混合或剪切過程中的轉(zhuǎn)矩變化，反映材料的流變特性。本文將詳細(xì)介紹如何使用轉(zhuǎn)矩流變儀準(zhǔn)確測量材料的流變性能。
一、基本原理
轉(zhuǎn)矩流變儀主要由混合腔、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)矩測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。其工作原理是：當(dāng)轉(zhuǎn)子在充滿樣品的混合腔中旋轉(zhuǎn)時(shí)，樣品對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生阻力，形成轉(zhuǎn)矩。通過測量這一轉(zhuǎn)矩值，可以計(jì)算出材料的剪切應(yīng)力，結(jié)合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(剪切速率)和溫度條件，獲得材料的流變性能參數(shù)。
二、測量前的準(zhǔn)備工作
1.儀器校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)樣品對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)包括轉(zhuǎn)矩校準(zhǔn)、溫度校準(zhǔn)和轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)。
2.樣品制備：根據(jù)測試要求準(zhǔn)備適量的樣品。對于固體樣品，可能需要切割成小塊；對于粉末樣品，需確保均勻性。
3.儀器預(yù)熱：設(shè)定測試溫度，預(yù)熱混合腔至穩(wěn)定狀態(tài)，通常需要15-30分鐘。
4.轉(zhuǎn)子選擇：根據(jù)材料特性和測試目的選擇合適的轉(zhuǎn)子類型(如Roller轉(zhuǎn)子、Cam轉(zhuǎn)子等)和尺寸。
三、測量步驟
1.裝樣：將準(zhǔn)備好的樣品加入預(yù)熱的混合腔中，注意不要超過最大裝樣量(通常為混合腔容積的70-80%)。
2.參數(shù)設(shè)置：在控制軟件中設(shè)置測試參數(shù)，包括：
-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(通常以rpm為單位)
-測試溫度
-測試時(shí)間
-數(shù)據(jù)采集頻率
3.開始測試：啟動測試程序，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，儀器自動記錄轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間的變化。
4.數(shù)據(jù)監(jiān)測：實(shí)時(shí)監(jiān)測轉(zhuǎn)矩-時(shí)間曲線，確保測試過程正常進(jìn)行。異常波動可能表明樣品分解或儀器故障。
5.測試結(jié)束：達(dá)到預(yù)設(shè)測試時(shí)間后，儀器自動停止。記錄最終轉(zhuǎn)矩值，取出樣品并清潔混合腔。
四、數(shù)據(jù)處理與分析
1.數(shù)據(jù)導(dǎo)出：將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)出為適合分析的格式(如Excel、TXT等)。
2.轉(zhuǎn)矩-時(shí)間曲線：繪制轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化的曲線，分析材料的混合特性、熔融行為和穩(wěn)定性。
3.流變參數(shù)計(jì)算：
-表觀粘度：η=M/(K·ω)
其中，M為轉(zhuǎn)矩，ω為角速度，K為儀器常數(shù)
-剪切應(yīng)力：τ=M/(2πR³L)
-剪切速率：γ?=2πωR/h
4.溫度影響分析：如果進(jìn)行了多溫度測試，可繪制Arrhenius圖，計(jì)算流動活化能。
五、注意事項(xiàng)
1.樣品代表性：確保測試樣品具有代表性，特別是對于非均相材料。
2.裝樣一致性：不同測試間的裝樣量和裝樣方式應(yīng)保持一致，以保證結(jié)果可比性。
3.溫度控制：確保溫度穩(wěn)定，波動不超過±1°C。
4.轉(zhuǎn)子清潔：每次測試后清潔轉(zhuǎn)子和混合腔，防止樣品殘留影響下次測試。
5.安全操作：高溫測試時(shí)注意防護(hù)，避免燙傷；轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)勿將手伸入混合腔。
