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流变仪的使用及原理介绍

发布时间:2024-05-14
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流变仪是一种用于测量物质在流动过程中的力学行为的设备,广泛应用于材料科学、化学工程、生物医学等领域。下面将详细介绍流变仪的使用步骤及原理,并尽量使其内容达到两千字的要求。


一、流变仪的使用步骤


实验准备

在开始使用流变仪之前,需要进行一系列的准备工作。首先,需要选择合适的实验材料,并根据实验要求制备样品。同时,检查流变仪的各个部件是否完好,确保设备能够正常运行。


开机与预热

流变仪的开机过程通常包括以下步骤:开启空气压缩机,使空气压力升到标准值(通常为5~8bar);打开空气阀,确保空气流通;打开恒温水浴,并设置合适的温度,以确保实验过程中温度恒定;最后,打开主机电源,等待自检完成后进行初始化操作。


在开机后,需要对流变仪进行预热。预热过程中,需要打开Flowmaster软件,并在“Manual Control”面板中设置预热温度。预热温度应根据实验材料的性质和要求进行选择,以确保实验结果的准确性。


口模安装与夹具准备

在预热过程中,可以进行口模的安装和夹具的准备工作。口模的安装通常需要将口模托外侧涂上铜粉润滑剂,并分别安装在左右料筒底部(若做单料筒实验则只能装在左侧)。安装完成后,稍微拧紧即可。同时,配合压料塞和清理杆,将毛细管口模从料筒顶部放入轻轻接着落在口模托上。


夹具的准备则包括选择合适的夹具、转子、传感器等测量系统组件,并根据实验要求进行安装和调试。


软件设置与参数导入

在口模安装和夹具准备完成后,需要进行软件设置和参数导入。首先,根据实际使用情况,点击软件左侧示意图的压力传感器和口模处,确认或选择合适的压力传感器及口模(对于口模和压力传感器固定配置的毛细管流变仪,此步骤可省略)。然后,点击“load test”,将预设好的测试参数文件导入到软件中;如需另外定义测试类型和参数,则点击“new test”选择相应类型,并点击“define test”定义测试口模、压力传感器、剪切速率范围及取点数、测试温度、预压预热条件、平衡条件、报警停机条件等参数。


实验操作与数据采集

在设置完成后,开始进行实验操作。根据实验要求,将制备好的样品放入夹具中,并启动流变仪进行测试。在测试过程中,流变仪会施加一定的外力(通常是剪切力)于被测试物质上,以探究物质的流变特性。同时,流变仪会测量剪切应力和变形速率的关系,并将数据实时传输到计算机中进行处理和分析。


实验结束与数据处理

实验结束后,需要按照正确的顺序关闭流变仪的各个部件。首先,取下测量夹具,并将测量夹具与转筒清洗干净;然后关闭主机电源、水浴和空气压缩机等设备;最后归整好实验仪器及器材。


在数据处理方面,可以通过计算机对实验数据进行处理和分析,得出物质的流变性质如黏度、弹性模量、塑性流动指数等。同时,还可以根据实验数据绘制剪切应力-剪切速率曲线等图表,以便更好地理解和分析物质的流变特性。


二、流变仪的原理


流变仪的原理可以简述如下:


外力施加与变形

流变仪通过施加外力(通常是剪切力)于被测试物质上,以探究物质的流变特性。外力可以由旋转圆盘、转子或缸体等组件提供。被测试物质在外力作用下会发生变形,导致产生剪切应力。


剪切应力与变形速率关系

流变仪通过测量剪切应力和变形速率的关系来确定物质的流变特性。通常情况下,流变仪会测量剪切应力、剪切应变、剪切速率等参数。这些参数可以反映物质在流动过程中的力学行为,从而得出物质的流变性质。


旋转圆盘或转子作用

流变仪一般通过旋转圆盘或转子来施加剪切力。被测试物质在旋转圆盘或转子表面形成一个薄层,称为剪切层。剪切力通过剪切层传递给物质,使其发生变形。通过测量剪切应力和变形速率之间的关系,可以得出物质的流变特性。


流变性质分析

根据流变仪测量得到的剪切应力、剪切应变、剪切速率等参数,可以分析物质的流变性质。例如,黏度是反映物质流动阻力的一个指标,可以通过剪切应力与剪切速率之间的比值来计算;弹性模量是反映物质弹性变形能力的一个指标,可以通过剪切应力与剪切应变之间的比值来计算;塑性流动指数则是反映物质塑性流动能力的一个指标,可以通过剪切速率与剪切应力之间的函数关系来计算。


综上所述,流变仪是一种重要的材料测试设备,其使用步骤包括实验准备、开机与预热、口模安装与夹具准备、软件设置与参数导入、实验操作与数据采集以及实验结束与数据处理等步骤。