Rosand培训：第二节-毛细管流变仪的主体结构、工作原理及相关校正.ppt

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1、Rosand毛细管流变仪培训之二毛细管流变仪结构、工作原理及相关校正杨凯流变仪技术支持主要内容毛细管流变仪产品系列毛细管流变仪结构及其测试原理熔融指数毛细结构及其测试原理Bagley校正及其双料桶设计Rabinowtish 校正Hagebach校正毛细管流变仪应用Rosand 毛细管流变仪介绍双料桶毛细管流变仪的发明者简单的说，毛细管流变仪就是高级熔融指数测定仪毛细管流变仪 可以得到更多 的材料信息MFI die(2.095mm diameter)2.16kg熔融指数MFI Melt Flow Indexers加载固定的载荷（恒定应力）挤出物料.工业上更多的是控制速率剪切速率不固定（依赖于物料

2、），且通常比较低（低于常用加工剪切速率）每次只能施加一个应力单位:g/10min.只能定性的判断某个温度下的流动性 毛细管流变仪更精确，测试方法更多熔融指数的缺点RelaxationCoatingFree surfaceMixingExtrusionInjection mouldingMFItest主要部件是料桶包括样品压力传感器温度传感器活塞口模Rosand 毛细管流变仪示意图基本假设条件完全发展流动-稳态条件恒温，层流材料粘附在管壁，没有滑移管壁处流速为0管壁处剪切速率最大-这也是我们在所有测试中提到的剪切速率速度只是径向分布样品不可压缩控制活塞速度(相当于控制剪切速率)压力与剪切应力相关

3、(测量压力计算剪切应力).毛细管流变仪原理毛细管流变仪原理L料桶料桶PLPlPw入口区入口区 完全发展区完全发展区0Z0LL2R入口压力降入口压力降完全发展区压完全发展区压力降力降v测量的压力降测量的压力降=+P small ram extruder出口压力降出口压力降+毛细管流变仪原理-剪切应力不可压缩流体，稳定层流在管壁所受的粘滞阻力和两端压差所产生的推动力平衡管壁处的剪切应力：剪切应力分布：毛细管流变仪原理-剪切速率剪切速率速度体积流量毛细管流变仪表观剪切计算公式：哈根-泊肃叶方程（Hagen-Poiseuille方程）牛顿流体毛细管流变仪原理牛顿流体聚合物流体校正Bagley校正Rab

4、inowitisch 校正壁面滑移校正非牛顿流体流动曲线测量表观剪切粘度，没有进行校正控制：活塞速率测量：压力降典型流动曲线结果原始压力数据表观剪切粘度Bagley CorrectionBagley 校正入口压力降校正双料桶设计最大优点毛细管口模入口压力降长口模测得的压力是入口，完全发展区和出口效应的总和所以必须校正PL压力LLLLPL0入口出口入口出口毛细管口模完全发展区入口效应出口效应PL延长压力曲线到长径比为零时，从而得到入口压力降传统 Bagley 校正(DIN 11443)LengthDiameter使用直径相同，长度不同的口模传统Bagley校正测量一系列不同长度口模的压力降线性外

5、推：口模的长径比(L/D)为 0Pressure 30High shear rateLow shear rateL/D ratio402010l另一种方法：零口模，直接测量长径比为0时的压力降l这种方法避免了外推法测量一系列不同长度口模的压力降Pressure 30L/D ratio402010零口模结果Pressure 30L/D ratio402010 L/D 很小时，压力降不在呈线性直接测量零口模的压力降压力降为负值！不可能！外推法问题Cogswell 方法 双料桶，长口模和零口模压力L/D ratio2010零口模.(L/D 0)可以直接测量拉伸粘度.不需要外推.可以进行Bagley校

6、正.(should not be confused with Historical Bagley correction)毛细管口模.(L/D=16)剪切&拉伸粘度长口模的压力降包括剪切和拉伸的作用剪切&拉伸拉伸-=剪切粘度剪切粘度减去=双料桶设计双料桶设计的优点：1.单桶实验，不做校正.简单的剪切粘度测试，不做入口校正2.双桶实验，Bagley校正最常用的实验，同时测量剪切粘度（入口校正）和拉伸粘度3.两种材料，不做校正.同时做两种材料实验.4.扩展剪切速率实验，不做校正使用两种不同尺寸的口模，扩展剪切速率范围Rabinowitsch CorrectionRabinowitsch 校正牛顿流体

7、在圆形管道中的速度分布是抛物线状然而，大多数流体是非牛顿流体，如聚合物熔体，剪切变稀然而，对于非牛顿流体，在圆形管道中的速度分布不是抛物线形状，而是柱塞状的所以，需要对剪切速率进行校正Rabinowitsch 校正对于非牛顿流体 表观剪切速率(牛顿流体)校正剪切速率(聚合物熔体)If n=0.5,=1.25*a.n=d(log)d(log).polyethylene 0.3 to 0.6polypropylene0.3 to 0.4PVC 0.2 to 0.5 polyamide0.6 to 0.9可选但对比数据是必须保持一致！非牛顿指数n计算n 是非牛顿指数，通常是粘度 对剪切速率的斜率.F

8、itted n=0.25 linearFitted n=1.0-linear计算非牛顿指数n的方法有多种非牛顿指数n计算对于非线性拟合，二次方拟合会好一些n valueFit method0.25Linear0.20 0.30Quadratic0.22 0.28Cubicn=0.30n=0.25n=0.20Hagenbach CorrectionHagenbach 校正是对低粘度样品进入口模时有加速效应所产生的压力降进行校正通常对于高聚物熔体，与入口压力 损失相比可以忽略不计.需要样品的密度进行校正毛细管流变应用一：剪切粘度和拉伸粘度LDPE at190C1,0E+011,0E+021,0E+

9、031,0E+041,0E+051,0E-041,0E-021,0E+001,0E+021,0E+041,0E+06Shear Rate/Extensional Rate(1/s)Shear Viscosity/Extensional Viscosity(Pas)Low Shear Test Zero ShearViscosityLow Shear 2.0mmStandard Shear 1mmStandard Shear Melt FractureHigh Shear 0.5mmLow Extension 2.0mmStandard Extension 1mmStandard Extensi

10、on MeltRuptureHigh Extension 0.5mm 拉伸粘度剪切粘度HDPE剪切应力和剪切速率关系PLPo10s-150s-11,000s-1剪切应力通过幂律关系拟合最后一个应力值偏离，是实验拟合误差还是材料本身性质？毛细管流变应用二：熔体破裂 最长加工时间vt活塞速度活塞速度毛细管流变应用三：材料热稳定性材料加工之后 残余应力可导致表明裂纹(automotive industry)vt活塞速度:Relaxation 190C LDPE0510152025050100150200250300350400Real Time(sec)Pressure Drop(MPa)02000

11、4000600080001000012000Online Pressure DropShear RateThermal Equilibrium TimeRelaxation Timel l=26.75 sec(Mono-exp.Decay)毛细管流变应用四：应力松弛技术支持 丰富的多媒体学习资料You are all welcome!材料表征领域创新解决方案参考资料Polymer Melt Rheology:A Guide To Inductrial Practice;F.N.Cogswell.Woodhead Publishing Limited.ISBN 1 85573 198 3An Introduction to Rheology;H A Barnes,J F Hutton,K Walters.Elsevier.ISBN:0-444-87469-0A Handbook of Elementary Eheology;H A Barnes.Institute of Non Newtonian Fluid Mechanics.ISBN:0-9538032-0-1 丰富的应用技术文章和多媒体学习资料谢谢！K