[练习]用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线

1、 练习 用旋转流变仪测定聚合物溶液的流动曲线一、实验目的1 学会使用 LVDV,III 流变仪。2 记录恒温条件下，不同转子转速下，流体的黏度值、扭矩百分值、剪切 应力及剪切率等，并绘制流体的流动曲线。3 求出流动幕律指数n和稠度系数K,并根据流动幕律指数n判定所测流 体性质。二、实验原理 按照流体力学的观点,流体可分为理想流体和实际流体两大类。理想流体在流 动时无阻力,故称为非粘性流体。实际流体流动时有阻力,即内摩擦力 （或剪切应 力）,故又称为粘性流体。根据作用于流体上的剪切应力与产生的剪切速率之间的 关系,粘性流体又分为牛顿流体和非牛顿流体。研究流体的流动特性,对聚合物的 加工工艺方面具

2、有很强的指导意义。取相距为dy的两薄层流体，下层静止，上层有一剪切力 F,使其产生一速度 du。由于流体间有内摩擦力影响，使下层流体的流速比紧贴的上一层流体的流速稍 慢一些，至静止面处流体的速度为零，其流速变化呈线性。这样，在运动和静止面 之间形成一速度梯度 du,dy ，也称之为剪切速率。在稳态下，施于运动面上的力 F,必然与流体内因粘性而产生的内摩擦力相平衡，据牛顿粘性定律，施于运动面 上的剪切应力（7与速度梯度du,dy成正比，即：（T =F/A=n du,dy= nY式中：n ,粘度系数，又称为粘度；du,dy,剪切速率，用丫表示，以剪切应力对剪切速率做图，所得的图形称为剪切流动曲线，

3、简称流动曲线。(1) 牛顿流体的流动曲线是通过坐标原点的一直线。其斜率即为粘度，即牛顿流体的剪切应力与剪切速率之间的关系完全服从于牛顿粘性定律：n =c, 丫，水、酒精、醇类、酯类、油类等均属于牛顿流体。(2) 凡是流动曲线不是直线或虽为直线但不通过坐标轴原点的流体，都称之为 非牛顿流体。此时粘度随剪切速率的改变而改变，这时将粘度称为表观粘度，用 n表示。聚合物浓溶液、熔融体、悬浮体、浆状液等大多属于此类。聚合物 a流体多数属于非牛顿流体，它们与牛顿流体的确有不同的流动特性，两者的动 量传递特性也有所差别。进而影响到热量传递、质量传递及反应结果。对于某些聚 合物的浓溶液通常用幂律定律来描述它的

4、粘弹性，即 ：n c =k 丫,稠变系数(常数)。表观粘度又可表示为：式中:n,流动幕律指数;kn -1 n = k y, a幂律定律在表征流体的粘弹性上的优点是通过 n 值的大小来判定流体的性质。n1为胀塑性流体;n1为假塑性流体;n,1为牛顿流体。几种流体可以用n图8-1表示。将 c =ky取对数得lg c=lgk+nlg y用lg c对lg 丫作图得一直线，n值及k值即可定量求出。图1几种典型的流变曲线三、实验仪器和材料1仪器:LVDV,III流变仪2样品:聚乙烯醇浓溶液；甲基硅油四、实验步骤（1）仪器操作说明1安装并放平流变仪将流变仪各部件按要求连接好，流变仪必须平放，用底座的三个水平

5、螺丝调整水平，调节到DV,III ，气泡位于圆圈中间，2自动回零放置平稳后接通电源，空载调零。读数之前，流变仪必须自动回零，每 次开机都要做，操作程序如下：打开电源，屏幕上显示出DV,III，处于 可独立应用状态（未与电脑连接），给出运行程序的版本（内置于控制仪 器的程序）。不要按任何键，短暂的停顿之后，屏幕闪15秒，然后DV,III ，自动回零。15秒后，显示自动回零结束，换上转子，按任何 键。主屏幕显示，DV,III ，可以使用。3输入转子号数。按SELECT SPD键，然后按数字键可输入0,99有效的转子数。选择 错误时，可以通过按数字键来解决，那时使用者再按SELECT SPD键,4

6、装上转子将转子斜插入样品 (防止出现气泡 ) ，并连接上主机电机杆，调节主机高低 使溶液液面到达转子凹槽部分。并插入温度探测器 5 输入转速 用数字键和执行键输入转速。本机提供了 0-2600 间的任一速度值。6 开始测量按下MOTOR ON/OFFESCAP键，开始测量流体的黏度值等。测量开 始，等读数稳定下来，才可以记录扭矩、粘度值、剪切应力或剪切率， 一般要转动5圈以上。SELECT DISPLA键可切换显示力矩，()、黏 度(cp)、剪应力SS(D/cm2)及剪切率SR(1/S)。记录四个指标，并 附带单位。 (可通过改变转速或转子尽可能使力矩 , 在 10%-100%以内， 所测结果

7、较为准确。只有合适的转子号数输入才能显示剪应力及剪切率 值，否则显示为 0。此时用重新输入转子号数 )。(2) 实验内容1 甲基硅油流动曲线测试：用500ml烧杯转入合适量的甲基硅油测试，固 定转子及转子号输入值，测试并记录 5 个不同转速下甲基硅油的力矩,(%)、黏度(cp)、剪应力SS(D/cm2)及剪切率SR(1/S)。2 一定浓度的聚乙烯醇溶液流动曲线测试 ： 同法测试聚乙烯醇溶液。3 测试完毕关机，洗净转子并用吸水纸吸干水分晾干。五、实验结果及数据处理1. 准确完整记录实验数据列入下表中表 1 甲基硅油测试记录测试项目 甲基硅油 转筒编号 转子号输入值 转速 力矩 黏度 剪应力SS剪切率lg 丫 lg (T /RPM (,) (cp) (D/cm2) SR(1/S)表 2 聚乙烯醇溶液测试记录 测试项目 聚乙烯醇 转筒编号 转子号溶液输入值转速力矩黏度剪应力SS剪切率lg 丫 lg t /RPM (,) (cp) (D/cm2) SR(1/S)2. 画出lg t lg 丫的流动曲线。3. 求出 n 和 k 值4. 讨论试样属于何种流体。六、注意事项a) 试验过程中注意对转子的保护。b) 实验结束后，要及时清洗转子及相关部件。 c) 对未知流体选择转子及速 度的过程，要通过尝试完成。合适的选择是力矩处于 10,100,:d) 当转子或速度改变时，非牛顿型流体的行为可