旋轉流變測試
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
旋轉流變測試的實例教程
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 因此，這一成型工藝對材料有特殊性能要求，在熔融狀態下，熔體狀材料需要具有一定的強度，而常規牌號的TPEE均不能滿足這一要求，本文通過添加環氧類擴鏈劑對注塑級TPEE進行擴鏈，以動態流變性能判斷TPEE熔體強度是否能滿足3D吹塑要求。
01
試驗方案
旋轉流變測試：旋轉流變測試在旋轉流變儀上進行，測試樣品經充分烘干后在230℃熔融熱壓成直徑25cm，厚1.8mm的圓片。測試采用恒應變模式，測試溫度為230℃,應變率為3%以保證測量過程處于樣品線性黏彈區范圍內。小幅震蕩速率范圍為100~0.1rad/s，實時記錄樣品復數黏度η’彈性模量G’黏性模量G’’。
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。圖1為樣品的復數黏度與角頻率的關系變化圖，可以看出，所制備的一系列樣品均呈現出典型的非牛頓流體特征，隨著角頻率增加，復數粘度降低，樣品呈現剪切變稀現象。隨著角頻率的增大，樣品粘度呈下降趨勢，說明分子結構中存在鏈纏結，在測試過程中，分子鏈解纏結，復數黏度下降。此外，隨著擴鏈劑增加，樣品復數粘度剪切變稀程度增加，這一現象說明樣品具有較長的熔體松弛時間，TPEE分子內形成支化結構，在對樣品施加應變時，由于支化結構的存在，主鏈變形收縮受到限制，從而使得松弛時間范圍變寬，松弛時間延長。
圖1 復數粘度隨角頻率變化
儲能模量是表征彈性體彈性的一個重要參數，對分子鏈結構中支化程度非常敏感。圖2是系列樣品的儲能模量隨角頻率變化圖。
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 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 錐板結構是粘彈性流體流變學測量中使用最多的幾何結構。很少量的樣品置于半徑為R的平板和錐板之間，錐板的頂角很小。在外邊界，樣品應該有球形的自由表面。對于粘性流體，錐板也可以置于平板下方，錐板或平板都可以旋轉。在錐頂角很小的情況下，在板間隙內速度沿θ方向的分布是線性的。
在錐頂角很小的情況下，剪切速率是常數，并且相應的流動為簡單剪切流動。這個結果是從牛頓流體得出的，這里也假設對于粘彈性流體它也成立。因此，一般建議錐頂角應該小于3°。
錐板結構是一種理想的測量結構，它主要的優點在于：
(i)剪切速率恒定，在確定流變學性質時不需要對流動動力學作任何假設。不需要流變學模型；
(ii)測試時僅需要很少量的樣品，這對于樣品稀少的情況顯得尤為重要，如生物流體和實驗室合成的少量聚合物；
(iii)體系可以有極好的傳熱和溫度控制；
(iv)末端效應可以忽略，特別是在使用少量樣品，并且在低速旋轉的情況下。
錐板結構也存在一些缺點，主要表現在：
(i)體系只能局限在很小的剪切速率范圍內，因為在高的旋轉速度下，由于慣性的作用，聚合物熔體不會留在錐板與平板之間。對于低粘度和有輕微彈性的流體，可以使用杯來代替平板，這樣可以得到大的剪切速率；
(ii)對于含有揮發性溶劑的溶液來講，很難消除溶劑揮發和自由邊界帶來的影響。為了減小這些影響的作用，可以在外邊界上涂覆非揮發性流體，如硅油或甘油。但是要特別注意所涂覆的物質不能在邊界上產生明顯的應力；
(iii)對于多相體系，如固體懸浮液和聚合物共混物，如果其中分散粒子的大小和板間距相差不大，就會引起很大的誤差。對于多相體系的最佳選擇是同軸的平行板夾具
(iv)應該避免用錐板結構來進行溫度掃描實驗，除非儀器本身有自動的熱膨脹補償系統。
有時可以使用截頂錐來代替圓錐。使用截頂錐，在實驗上更容易設定校正的間距。
展開 
旋轉流變測試的相關專題、標簽、搜索
旋轉流變測試的最新內容
前言
CFD是工業仿真領域重要的分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型
03、國高材流變測試服務
01
技術參數
?設備名稱：旋轉流變測試儀
?設備型號： DHR
?配備口模： 錐板、平板、搖擺
素材來源于網絡
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1. 旋轉流變儀的工作原理
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試驗方案
旋轉流變測試：旋轉流變測試在旋轉流變儀上進行，測試樣品經充分烘干后在230℃熔融熱壓成直徑25cm，厚1.8mm的圓片。測試采用恒應變模式，測試溫度為230℃,應變率為3%以保證測量過程處于樣品線性黏彈區范圍內。小幅震蕩速率范圍為100~0.1rad/s，實時記錄樣品復數黏度η’彈性模量G’黏性模量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
比如，用旋轉流變儀測試高分子的動態黏彈性（交變的 應力、應變），就是測試其在小振幅、小形變下的線性黏彈性。這里提到的動態黏彈性的測試，與穩態剪切流場中的流變測試有差異。動態黏彈性的測量通常采用的是轉子型流變儀，比如錐板式流變儀、同軸圓筒流變儀等，測試采用的是振蕩模式，即設定一個應變，以不同的振蕩頻率對材料進行動態頻率掃描，這里不同的振蕩頻率類似于穩態掃描時的剪切速率。
前言
CFD是工業仿真領域重要的分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺”的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型，如下圖所示，
CFD是工業仿真領域重要分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取了CFD領域典型的場景，基于滑移網格方法的旋轉機械流場分析，滑移網格方式進行旋轉機械計算可以獲得定轉子之間的時間精確解，精度相比穩態計算更高，計算要求也更苛刻，軟件也是采用CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺的CFD瞬態計算，和其他仿真云平臺進行效率對比如何。
一、模型與網格
m+p SmartOffice的旋轉機械分析模塊提供了恒定轉速和變轉速旋轉機械測量和分析所需的許多功能，以便進行開發診斷，調試評估，以及設備維護后的性能檢查和在線監測等應用。
在這些應用中，加速度、速度和位移的RMS值、峰值和峰-峰值是機械設備狀態的重要指標。通過添加3D譜圖、階次分析、軌跡分析、包絡譜分析等，可以實現高級故障檢測和診斷。
