用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定聚合物溶液的流動(dòng)曲線(xiàn)

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康腫1]學(xué)會(huì)使用LVDV－III流變儀。[2]記錄恒溫條件下，不同轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下，流體的黏度值、扭矩百分值、剪切應(yīng)力及剪切率等，并繪制流體的流動(dòng)曲線(xiàn)。[3]求出流動(dòng)冪律指數(shù)n和稠度系數(shù)K，并根據(jù)流動(dòng)冪律指數(shù)n判定所測(cè)流體性質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理按照流體力學(xué)的觀點(diǎn)，流體可分為理想流體和實(shí)際流體兩大類(lèi)。理想流體在流動(dòng)時(shí)無(wú)阻力，故稱(chēng)為非粘性流體。實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有阻力，即內(nèi)摩擦力（或剪切應(yīng)力），故又稱(chēng)為粘性流體。根據(jù)作用

2、于流體上的剪切應(yīng)力與產(chǎn)生的剪切速率之間的關(guān)系，粘性流體又分為牛頓流體和非牛頓流體。研究流體的流動(dòng)特性，對(duì)聚合物的加工工藝方面具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。取相距為dy的兩薄層流體，下層靜止，上層有一剪切力F，使其產(chǎn)生一速度du。由于流體間有內(nèi)摩擦力影響，使下層流體的流速比緊貼的上一層流體的流速稍慢一些，至靜止面處流體的速度為零，其流速變化呈線(xiàn)性。這樣，在運(yùn)動(dòng)和靜止面之間形成一速度梯度du／dy，也稱(chēng)之為剪切速率。在穩(wěn)態(tài)下，施于運(yùn)動(dòng)面上的力F，必然

3、與流體內(nèi)因粘性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力相平衡，據(jù)牛頓粘性定律，施于運(yùn)動(dòng)面上的剪切應(yīng)力σ與速度梯度du／dy成正比，即：σ=FA=ηdu／dy=ηγ式中：η－粘度系數(shù)，又稱(chēng)為粘度；du／dy－剪切速率，用γ表示，以剪切應(yīng)力對(duì)剪切速率做圖，所得的圖形稱(chēng)為剪切流動(dòng)曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)流動(dòng)曲線(xiàn)。(1)牛頓流體的流動(dòng)曲線(xiàn)是通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一直線(xiàn)。其斜率即為粘度，即牛頓流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系完全服從于牛頓粘性定律：η=σ／γ，水、酒精、醇類(lèi)、酯類(lèi)、油類(lèi)等均

4、屬于牛頓流體。(2)凡是流動(dòng)曲線(xiàn)不是直線(xiàn)或雖為直線(xiàn)但不通過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)的流體，都稱(chēng)之為非牛頓流體。此時(shí)粘度隨剪切速率的改變而改變，這時(shí)將粘度稱(chēng)為表觀粘度，用ηa表示。聚合物濃溶液、熔融體、懸浮體、漿狀液等大多屬于此類(lèi)。聚合物流體多數(shù)屬于非牛頓流體，它們與牛頓流體的確有不同的流動(dòng)特性，兩者的動(dòng)量傳遞特性也有所差別。進(jìn)而影響到熱量傳遞、質(zhì)量傳遞及反應(yīng)結(jié)果。對(duì)于某些聚合物的濃溶液通常用冪律定律來(lái)描述它的粘彈性，即：σ=kγn式中：n－流動(dòng)冪律指

5、數(shù)；k－稠變系數(shù)（常數(shù)）。表觀粘度又可表示為：ηa=kγn1，冪律定律在表征流體的粘彈性上的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)n值的大小來(lái)判定流體的性質(zhì)。n1為脹塑性流體；n1為假塑性流體；n＝1為牛頓流體。幾種流體可以按SPDL鍵，然后按數(shù)字鍵可輸入0－99有效的轉(zhuǎn)子數(shù)。選擇錯(cuò)誤時(shí)，可以通過(guò)按數(shù)字鍵來(lái)解決，那時(shí)使用者再按SPDL鍵，[4]裝上轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)子斜插入樣品（防止出現(xiàn)氣泡），并連接上主機(jī)電機(jī)桿，調(diào)節(jié)主機(jī)高低使溶液液面到達(dá)轉(zhuǎn)子凹槽部分。并插入溫度探測(cè)器[5

6、]輸入轉(zhuǎn)速用數(shù)字鍵和執(zhí)行鍵輸入轉(zhuǎn)速。本機(jī)提供了02600間的任一速度值。[6]開(kāi)始測(cè)量按下MOTONOFF，ESCAPE鍵，開(kāi)始測(cè)量流體的黏度值等。測(cè)量開(kāi)始，等讀數(shù)穩(wěn)定下來(lái)，才可以記錄扭矩、粘度值、剪切應(yīng)力或剪切率，一般要轉(zhuǎn)動(dòng)5圈以上。DISPLAY鍵可切換顯示力矩％（%）、黏度（cp）、剪應(yīng)力SS（Dcm2）及剪切率SR（1S）。記錄四個(gè)指標(biāo)，并附帶單位。（可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)子盡可能使力矩％在10%100%以?xún)?nèi)，所測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確。只有

7、合適的轉(zhuǎn)子號(hào)數(shù)輸入才能顯示剪應(yīng)力及剪切率值，否則顯示為0。此時(shí)用重新輸入轉(zhuǎn)子號(hào)數(shù)）。（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[1]甲基硅油流動(dòng)曲線(xiàn)測(cè)試：用500ml燒杯轉(zhuǎn)入合適量的甲基硅油測(cè)試，固定轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子號(hào)輸入值，測(cè)試并記錄5個(gè)不同轉(zhuǎn)速下甲基硅油的力矩％（%）、黏度（cp）、剪應(yīng)力SS（Dcm2）及剪切率SR（1S）。[2]一定濃度的聚乙烯醇溶液流動(dòng)曲線(xiàn)測(cè)試：同法測(cè)試聚乙烯醇溶液。[3]測(cè)試完畢關(guān)機(jī)，洗凈轉(zhuǎn)子并用吸水紙吸干水分晾干。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)