流變測量
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
流變測量的實例教程
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 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 龐承煥
國高材高分子材料產業創新中心有限公司分析測試中心技術負責人，擁有18年先進高分子材料分析表征工作經歷，具備力學測試及應用、高分子材料熱分析、可靠性、流變性能評價的豐富經驗，參與國家標準制定4項，獲批發明專利10余件，發表論文10余篇。
李潤明
TA儀器中國區應用經理、流變高級應用專家。曾任河南大學化學化工學院副教授，主要從事多相多尺度復雜流體的流變測量，指導過多家企業產品性能評估的流變方法開發，幫助多家企業建立流變測試方法和標準程序，在產品性能流變學評估方面有較為豐富的經驗，擅長分析和處理產品設計、儲存和應用場景中的流變議題。
歐相麟
金發科技股份有限公司技術行業經理，負責汽車新材料和新技術的解決方案開發，擅長汽車輕量化、低碳環保和智能化項目開發，對注塑缺陷的診斷和解決有很深的造詣，直接現場參與的注塑成型案例超過1500個，擁有Moldflow全球金牌認證，出版注塑成型專著2部，獲得專利30多項，發表論文20多篇。
七 報名參會
展開 圖 2. tBA-AUD SMP前驅體溶液的相關特性
如圖2所示，通過流變測量、凝膠分數試驗和固化時間測試表征了tBA-AUD SMP前驅體溶液的3D打印性能。交聯劑AUD含量在50 wt%以下前驅體溶液具有較低的黏度，適用于DLP 3D打印。AUD含量越高, tBA-AUD SMP體系的平衡凝膠分數越高，固化相同厚度的前驅體溶液所需的時間越短。
圖 3. tBA-AUD SMP體系的熱力學性能
如圖3所示，通過熱力學性能測試標定了tBA-AUD SMP體系的大變形、形狀記憶和耐疲勞性能。tBA-AUD SMP體系在編輯溫度（80 °C）下具有較低的彈性模量和超高的斷裂伸長率。tBA-AUD SMP 體系具有近乎100%的形狀固定率和良好的形狀恢復率（~90%）。此外，這種SMP材料可以承受超過10000次大變形循環加載（循環應變150%-250%）。
圖 4. tBA-AUD SMP體系的大變形機理
如圖4所示，通過紅外光譜測試、應力松弛實驗和單軸拉伸試驗對比新鮮試樣和10000次疲勞后試樣，以闡釋tBA-AUD-SMP體系的大變形和抗疲勞機理。AUD交聯劑的高分子量和氫鍵的綜合作用賦予了tBA-AUD SMP體系大變形性和抗疲勞性。
圖 5. tBA-AUD SMP三維構件的高度變形能力及其在智能家具中的工程應用
圖 6. tBA-AUD SMP在航空航天中的應用
如圖5和圖6所示，3D打印的 tBA-AUD SMP三維構件具有高度變形能力，在智能家居和航空航天等工程應用中潛力巨大。tBA-AUD SMP的斷裂伸長率遠高于先前報道的各種可3D打印SMP。
展開 圖 2. tBA-AUD SMP前驅體溶液的相關特性
如圖2所示，通過流變測量、凝膠分數試驗和固化時間測試表征了tBA-AUD SMP前驅體溶液的3D打印性能。交聯劑AUD含量在50 wt%以下前驅體溶液具有較低的黏度，適用于DLP 3D打印。AUD含量越高, tBA-AUD SMP體系的平衡凝膠分數越高，固化相同厚度的前驅體溶液所需的時間越短。
圖 3. tBA-AUD SMP體系的熱力學性能
如圖3所示，通過熱力學性能測試標定了tBA-AUD SMP體系的大變形、形狀記憶和耐疲勞性能。tBA-AUD SMP體系在編輯溫度（80 °C）下具有較低的彈性模量和超高的斷裂伸長率。tBA-AUD SMP 體系具有近乎100%的形狀固定率和良好的形狀恢復率（~90%）。此外，這種SMP材料可以承受超過10000次大變形循環加載（循環應變150%-250%）。
圖 4. tBA-AUD SMP體系的大變形機理
如圖4所示，通過紅外光譜測試、應力松弛實驗和單軸拉伸試驗對比新鮮試樣和10000次疲勞后試樣，以闡釋tBA-AUD-SMP體系的大變形和抗疲勞機理。AUD交聯劑的高分子量和氫鍵的綜合作用賦予了tBA-AUD SMP體系大變形性和抗疲勞性。
圖 5. tBA-AUD SMP三維構件的高度變形能力及其在智能家具中的工程應用
圖 6. tBA-AUD SMP在航空航天中的應用
如圖5和圖6所示，3D打印的 tBA-AUD SMP三維構件具有高度變形能力，在智能家居和航空航天等工程應用中潛力巨大。tBA-AUD SMP的斷裂伸長率遠高于先前報道的各種可3D打印SMP。
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流變測量的最新內容
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
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。
曾任河南大學化學化工學院副教授，主要從事多相多尺度復雜流體的流變測量，指導過多家企業產品性能評估的流變方法開發，幫助多家企業建立流變測試方法和標準程序，在產品性能流變學評估方面有較為豐富的經驗，擅長分析和處理產品設計、儲存和應用場景中的流變議題。
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。
該設備可用于15mm或20mm料筒直徑的毛細管流變儀中，測量時封閉料筒底部，將熱導探頭深入裝有規定體積的測試材料中，樣品會在筒體和探頭之間形成環形間隙。探頭由一個帶有加熱棒的薄壁柱塞和位于中心的熱電偶組成，通過高精度電源產生定量的熱量，測量探頭中升高的溫度，然后根據升高的溫度和熱量計算熱導率。在探頭的上端有密封環，可在從室溫到400℃的范圍內測量壓達1600bar的材料熱導率。
裝置
開發了一種（首圖）所示的特殊測試裝置，用于在線測量聚合物的流變性能。移去噴嘴后，將該裝置組裝到射出機中，以在正常加工條件下測量流變量據。
圖 2. tBA-AUD SMP前驅體溶液的相關特性
如圖2所示，通過流變測量、凝膠分數試驗和固化時間測試表征了tBA-AUD SMP前驅體溶液的3D打印性能。交聯劑AUD含量在50 wt%以下前驅體溶液具有較低的黏度，適用于DLP 3D打印。
圖 2. tBA-AUD SMP前驅體溶液的相關特性
如圖2所示，通過流變測量、凝膠分數試驗和固化時間測試表征了tBA-AUD SMP前驅體溶液的3D打印性能。交聯劑AUD含量在50 wt%以下前驅體溶液具有較低的黏度，適用于DLP 3D打印。AUD含量越高, tBA-AUD SMP體系的平衡凝膠分數越高，固化相同厚度的前驅體溶液所需的時間越短。
圖 2. tBA-AUD SMP前驅體溶液的相關特性
如圖2所示，通過流變測量、凝膠分數試驗和固化時間測試表征了tBA-AUD SMP前驅體溶液的3D打印性能。交聯劑AUD含量在50 wt%以下前驅體溶液具有較低的黏度，適用于DLP 3D打印。
如圖5a所示，在室溫下，通過振蕩流變學測量，DAE–PS–Ni的儲能模量（G'）高于0.01–10 Hz時的損耗模量（G''）。這些類固體性質是由于瞬態M–L交聯具有與分子交換動力學相匹配的頻率依賴性而在快速和中等時間尺度上出現的。由于動態的DAE–Ni2 +復合物位于滲透的PEG域中，因此DAE–PS–Ni聚合物電解質可以自愈。
