2.1 旋轉測量的目的
旋轉測試使用連續的旋轉來施加應變或應力,以得到恒定的剪切速率,在剪切流達到穩定時,測量由于流動形變產生的扭矩。因此,也稱為穩態測量。
2.2 旋轉測量的方法
旋轉測試有兩種方法,一種是控制剪切速率,即旋轉速度(或剪切速率)為設定參數,扭矩(或剪切應力)為測試參數;另一種方法時控制剪切應力,即扭矩(或剪切應力)為設定參數,旋轉速度(或剪切速率)為測試參數。
2.2.2 控制速率模式的常用測試方法:
(1)恒定剪切速率:測量樣品在某一個或幾個恒定剪切速率下的粘度、剪切應力,如 Shear rate=10 1/s,Time Profile = Fixed meas. pt. duration=5 s(固定時間), 溫度=25℃,測量點=20 個(可以任意多個)。
(2)線性變化的剪切速率:控制剪切速率在某一范圍內,按照線性規律逐漸改變剪切速率,可以有低到高,也可以由高到低,觀察樣品的粘度、剪切應力隨剪切速率變化的規律;如:剪切速率由 1 1/s 升高到 100 1/s,Profile = Ramp lin(線性規律變化),測量點為 20 個。
(3)對數變化的剪切速率:控制剪切速率在某一范圍內,按照對數規律逐漸改變剪切速率,可以有低到高,也可以由高到低,觀察樣品的粘度、剪切應力隨剪切速率變化的規律;如:剪切速率由 1 1/s 升高到 100 1/s,變化規律為 Profile = Ramp log 或 Ramp log + |points/decade|。
2.2.3 控制應力模式的常用測試方法:
(1)恒定剪切應力:測量樣品在某一個或幾個恒定剪切應力下的粘度、剪切速率,如 Shear stress=1 Pa,取點時間為 10s(或其他時間),每個應力下可以測量任意多個數據點。
(2)線性變化的剪切應力:控制剪切應力在某一范圍內,按照線性規律逐漸改變剪切速率,可以有低到高,也可以由高到低,觀察樣品的粘度、剪切速率隨剪切應力變化的規律;如: 剪切應力由 0.1 Pa 升高到 100 Pa,Profile = Ramp lin(線性規律變化),測量點為 20 個。
(3)對數變化的剪切應力:控制剪切應力在某一范圍內,按照對數規律逐漸改變剪切速率,可以有低到高,也可以由高到低,觀察樣品的粘度、剪切速率隨剪切應力變化的規律;如:剪切應力由 0.1 Pa 升高到 100 Pa,變化規律為 Profile = Ramp log 或 Ramp log + |points/decade|(對數規律+點數/數量級)。
2.3 旋轉測量中的幾種分析模型
旋轉測量后,可以用流變學模型(方程)對測量結果進行擬合,用于觀察此樣品的流變學特性是否與此模型相吻合,并計算出能夠表征此樣品流變學特點的關鍵參數,常用的方程有如下幾種。
2.3.1 Ostwald(或 Power Law)模型
此模型適用于沒有屈服應力的非牛頓流體,具體含義如下:
t = c ×y p
其中,τ 為剪切應力,c 為流動系數,p 為流動指數或冪律指數。P>1,剪切增稠;P=1,理想粘性流動;p<1,剪切變稀。
2.3.2 Bingham 模型
此模型適用于有一定屈服應力的流體,但在屈服應力以上時呈現牛頓流體特性:
t =tB+ηB .y
其中,t 為剪切應力,t B 為 Bingham 屈服應力,η B 為 Bingham 流動系數, y.為剪切速率;這種流體稱為塑性流體,其特點是當剪切應力小于t B 時,樣品只發生彈性形變,當剪切應力大于t B 時,其彈性結構被破壞,之后的流動遵循 Newton 粘度定律。
2.3.3 Herschel-Bulkley 模型
此模型適用于有一定屈服應力的非牛頓流體,具體含義如下:
t =t HB+c .y p
其中,t HB 是符合 HB 模型的屈服應力,c 為流動系數(或稱為 HB 粘度h HB ),p 為 HB指數;
p<1 假塑性(剪切變稀)
p>1 脹塑性(剪切增稠)
P=1 Bingham 流體
2.2.4 Carreau/Yasuda 模型
此模型適用于具有零剪切粘度的非牛頓流體的分析,可以計算出此樣品的零剪切粘度:
p1 為 Yasuda 指數,λ 為松弛時間,p 為冪律指數,P>1,剪切增稠;P=1,理想粘性流體;p<1,剪切變稀;η0:零剪切粘度;η∞:極限剪切粘度(由于 η∞相對于 η0 非常小,因此分析時經常把 η∞近似為零)。