旋轉流變儀
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-29
旋轉流變儀的實例教程
旋轉流變儀是當今較為通用的流變測定工具，可針對多種不同的流變測量方法進行配置，以探測懸浮體的構造和性能。從生成材料在數十種扭矩下的簡單黏性流動曲線（黏度與剪切力曲線圖）到測量屈服應力，再到用于模擬食物咀嚼過程的序列，旋轉流變儀可用于多種測試類型。
1. 旋轉流變儀的工作原理
旋轉流變儀在兩個測量板或其他相似的幾何形狀板（如錐板或杯和轉子系統）之間加載樣品。當在上平板施加一個扭矩時，就會在材料上產生一個旋轉剪切應力，并測得所形成的應變或應變速率（切變速率）。
旋轉流變儀
國高材分析測試中心配備高壓毛細管流變儀、旋轉流變儀、轉矩流變儀、PVT等設備，可精確測量熔體黏度、彈性模量、流動曲線等參數，指導材料配方設計、加工條件優化及新產品開發，助力高性能高分子材料的研發與應用。
旋轉流變儀與黏度計的工作原理相同，但前者的功能要強大得多。其中最為顯著的就是前者在施加剪切應力時精度更高、范圍更廣；前者擁有振蕩測試功能，以及在旋轉試驗過程中，對所施加的向力的控制度更高。
旋轉流變儀可用于測量從膏狀物、凝膠到構造弱的液體在內的多種樣品類型。即使在剪切應力極低的區域，仍能夠控制所施加的剪切力，因此這些儀器適合執行穩定性研究以及測量屈服應力。不過，旋轉流變儀針對數十種扭矩下的使用情形進行了優化，而未針對區分低黏度弱構造流體的黏度進行優化。
此外，當切變速率超過 1000s-1 時，旋轉流變儀會在高剪切區面臨機械約束。借助這些先進復雜的儀器，可以確保測試方法與產品的特定加工流程或使用環境密切匹配。內置的創新軟件非常有用，即使剛入門的流變學家也能夠生成并解讀數據。
展開 旋轉流變儀是研究材料流變行為（如黏度、彈性、屈服應力等）的核心儀器，廣泛應用于高分子、食品、化妝品、醫藥、油墨、涂料等領域。它通過旋轉夾具對樣品施加可控應力或應變，測量材料的力學響應，從而分析其流動和變形特性。
01、流變儀能測什么？
流變儀主要測量材料的以下特性：
黏性（像蜂蜜一樣抵抗流動的能力）
彈性（像橡皮筋一樣恢復形狀的能力）
黏彈性（介于液體和固體之間的行為，比如口香糖）
屈服應力（讓材料開始流動所需的最小力，比如番茄醬）
02、旋轉流變儀基本原理
01
夾具選擇
02
測試模式
01
穩態測試
穩態測試（旋轉模式）：測量黏度隨剪切速率的變化。
旋轉測試使用連續的旋轉運動來使樣品產生持續的同方向層流運動，以得到恒定的剪切速率，在剪切流達到穩定時，測量由于物質內摩擦而產生的阻力。因此，稱為穩態測量。
基本定義：剪切應力、剪切速率、黏度
圖1旋轉測試的平行板模型
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；另一種方法是控制剪切應力，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。
圖2 牛頓流體(1)、假塑性流體(2)、脹塑性流體(3)的流動曲線和粘度曲線
02
動態測試
動態測試（振蕩模式）：測量材料的彈性（G'）和黏性（G''），適用于凝膠、高分子材料。用來研究材料在交變外力或應變作用下的流變特性。
展開 旋轉型流變儀的測試模式一般可以分為穩態測試、瞬態測試和動態測試，區分它們的標準是應變或應力施加的方式。
穩態測試用連續的旋轉來施加應變或應力以得到恒定的剪切速率，在剪切流動達到穩態時，測量由于流體形變產生的扭矩。
瞬態測試是指通過施加瞬時改變的應變(速率)或應力，來測量流體的響應隨時間的變化。
動態測試主要指對流體施加振蕩的應變或應力，測量流體響應的應力或應變。動態測試中，可以使用在被測試材料共振頻率下的自由振蕩，或者采用在固定頻率下的正弦振蕩。這兩種方式都可用來測量粘度和模量，不同的是在固定頻率下的正弦振蕩測試在得到材料性能頻率依賴性的同時，還可得到其性能的應變或應力依賴性。
這些工作模式對于旋轉流變儀，如同軸圓筒、錐板和平行板夾具都是一致的。
（一）穩態模式
1、穩態速率掃描
穩態速率掃描通常是在應變控制型流變儀上完成的。穩態速率掃描施加不同的穩態剪切形變，每個形變的幅度取決于設定的剪切速率。通常數據的采集可以是自動模式(在每個速率下進行一次測量)或手動模式(根據用戶的指令進行測量)。剪切速率可以是對數變化、線性變化或離散的。實驗中所要確定的參數為：溫度，掃描模式(對數、線性或離散)，測量延遲時間(從施加當前的剪切速率到測量之間的時間間隔)，數據采集模式(自動、手動)，旋轉方向(對于正的掃描速率，旋轉方向確定第一個剪切速率下驅動電機的旋轉方向)，每次測量的旋轉方向(可以有兩種，一種是數據采集時驅動電機都以設定的旋轉方向旋轉；另一種是數據采集分兩次完成，兩次分別是驅動電機以設定的方向旋轉和以與設定相反的方向旋轉，最終的數據是取二者的平均)。這些參數的設置在不同的流變儀中可能會有一些差異，但基本原理都相同。穩態速率掃描可以得到材料的粘度和法向應力差與剪切速率的關系。
展開 圖2(a)為G?ttfert的毛細管流變儀(Capillary Rheometer)，是目前發展最成熟且應用最廣的流變測量儀器之一，可用來量測巨觀下之黏度特性，用以模擬材料于加工中的流動行為。而圖2(b)Anton paar所生產之旋轉流變儀，于裝置上旋轉夾具時可以進行動態黏彈性(Viscoelasticity)測量，利用旋轉流變儀進行動態頻率振蕩(Oscillation)實驗，得到一般旋轉流變儀于穩態(Rotation)實驗中無法獲取儲存模數(Storage modulus, G’)與損失模數(Loss modulus, G”)。儲存模數(G’)與損失模數(G”)分別代表著高分子的彈性與黏性。
圖2：(a) G?ttfert毛細管流變儀
圖2：(b) Anton paar旋轉流變儀
LFT的量測結果
圖3為毛細管流變儀實驗所得的剪切黏度，可藉由實驗數據進行數學模型擬合，取得黏度、溫度與剪切速率的相依性，進而分析出LFT的流動特性。
圖4則是旋轉流變儀的黏彈特性實驗結果，藉由時間-溫度迭加原理（Time-Temperature Superposition，簡稱TTS）處理實驗數據，并將實驗結果結合數學模型擬合成一條主曲線(master curve)，可從曲線內觀察到溫度、模數與角頻率的關聯性，并利用黏彈特性延伸至降溫時產品的收縮與翹曲。
圖3：LFT的剪切黏度
圖4：LFT的黏彈特性
結語
在LFT的加工制程上，能掌握材料的特性可有效的提升良率與更有系統化的調整制程參數。科盛科技材料量測實驗室因應近年輕量化對于復材的需求，致力于優化復合材料的量測。
展開 幾種儀器和測試方法介紹
旋轉流變儀的基本原理
A、應變控制型
?驅動一個夾具
?測量產生的扭矩
?控制應變，測量應力
B、應力控制型
?施加一定的力矩
?測量產生的旋轉速度
?控制應力，測量應變
DSC的基本原理
DSC是指在程序控制溫度下，測量樣品與參比物的溫度與功率差的一種技術。
A、功率補償型
?試樣和參比具有獨立的加熱器和傳感器
?直接測量功率差
?美國PE公司的專利產品
B、熱流型
?與DTA非常相似，可認為是定量的DTA
?共用一個加熱源
?測量試樣和參比的溫度，通過溫差由軟件計算功率差。
DEA的基本原理
DEA，介電法樹脂固化監測儀，是通過測試試樣固化過程中介電性能的變化，以監測樹脂的固化反應過程。
?測試的是樣品的介電變化
?可測試液體樣品
?也可測試SMC片料
模擬模壓放熱曲線測試
該儀器由日本進口SMC生產線自帶，通過小型氣動壓機模擬真實的模壓現場，由熱電偶記錄固化放熱曲線，配套軟件自動分析凝膠時間、固化時間、放熱峰溫度。
典型溫度-時間曲線
樹脂凝膠時間的調整方法及意義
SMC模壓過程
樹脂固化過程
關鍵點
?SMC片料可流動的階段是樹脂的引發階段。
?SMC片料的充模時間由樹脂高溫下的凝膠時間決定。
?樹脂的凝膠時間由阻聚劑決定。
?通過阻聚劑調整凝膠時間。
展開 
旋轉流變儀的最新內容
通過旋轉流變儀，本研究在寬剪切速率范圍內對樣品進行了高精度掃描。
▲ 圖7 在25°C下純冷卻液與不同體積分數納米流體的剪切應力與剪切速率的關系：（a）氧化銅與（b）氧化鋁
實驗數據清晰指出，無論添加何種納米金屬氧化物，在0.15%以下的極低摻量區間內，納米流體均保持了極為完美的牛頓流體力學特征——其剪切應力隨剪切速率呈現嚴格的線性單調增長。
咨詢電話：020-66221668
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圖6 PDMS頻率掃描曲線圖
此外，旋轉流變儀還包含溫度掃描、時間掃描等多種測量模式。
旋轉流變儀和毛細管流變儀則用于獲取全面流變數據。旋轉流變儀（通常采用平行板或錐板夾具）可在很寬的頻率（剪切速率）范圍內施加振蕩剪切，精確測量材料的復數粘度、儲能模量（G'） 和損耗模量（G''），從而深入表征材料的粘彈性。毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數（n）等關鍵參數。
旋轉流變儀和毛細管流變儀則用于獲取全面流變數據。旋轉流變儀（通常采用平行板或錐板夾具）可在很寬的頻率（剪切速率）范圍內施加振蕩剪切，精確測量材料的復數粘度、儲能模量（G'） 和損耗模量（G''），從而深入表征材料的粘彈性。毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數（n）等關鍵參數。
旋轉流變儀
國高材分析測試中心配備高壓毛細管流變儀、旋轉流變儀、轉矩流變儀、PVT等設備，可精確測量熔體黏度、彈性模量、流動曲線等參數，指導材料配方設計、加工條件優化及新產品開發，助力高性能高分子材料的研發與應用。
旋轉流變儀與黏度計的工作原理相同，但前者的功能要強大得多。
熔體拉伸強度測試：熔體強度測試在旋轉流變儀上進行，拉伸應變速率為0.01S-1，0.05S-1，0.1S-1。
國高材分析測試中心旋轉流變儀
02
動態流變性能
聚合物復數粘度對分子結構很敏感，包括分子量，分子量分布，支化結構等。
而圖2(b)Anton paar所生產之旋轉流變儀，于裝置上旋轉夾具時可以進行動態黏彈性(Viscoelasticity)測量，利用旋轉流變儀進行動態頻率振蕩(Oscillation)實驗，得到一般旋轉流變儀于穩態(Rotation)實驗中無法獲取儲存模數(Storage modulus, G’)與損失模數(Loss modulus, G”)。
■儀尊科技 / 胡積潤 技術經理
摘要
毛細管流變儀一般用于剪切速率范圍為
10-2 1/s到10-6 1/s
的黏度測試，可以用來表征材料在加工過程中與溫度、壓力、時間以及形變范圍的相關性。隨著技術的發展，毛細管流變儀除了可以做常規的流變分析，也可以作為一個通用平臺
