流变学是研究根植于胡克和牛顿在17世纪后期提出的弹性和粘度的法律材料的流动和变形的科学。热塑性聚合物熔体被广泛使用在许多现代工业生产过程，制造出众多的对象。用于聚合物，因为它们相对便宜，因此，在熔融状态下形成复杂的形状，我们需要了解他们是如何流，正在处理时。 流变性能简介聚合物高分子材料流变学特征是复杂的，因为有许多因素影响其流动性能。流动行为的影响因素的例子可能包括：加工温度，流速，停留时间等 此外的流变学性质的聚合物在液体和固体之间的。这导致了时间的流动性和其他重要特征，其中一些是在下面讨论的依赖。 熔体粘度熔体粘度是众所周知的严重依赖于温度。通过降低模具温度，直到所产生的部分有亚光，处理器可以借鉴的最低温度（因此最大的树脂粘度），在该进程可以运行无表面缺陷越来越明显。降低模具温度，节省能源，可以缩短周期时间，使熔体粘度与温度的关系的认识是非常有用的。 聚合物熔体被称为展览死时，挤出胀大。这种现象揭示后退出模具挤出直径增加。模具膨胀量与模具进口材料的弹性变形量。进一步要考虑的事实是，模口膨胀度（更正确地挤出胀大）依赖的材料是在不断的吞吐量挤压模具的长度。换句话说，聚合物熔体表现出时间依赖性，作为材料忘记的弹性变形，在模具的入口，内死亡少死膨胀材料所花费的时间越长应用。 聚合物熔体ELA sticity 熔体弹性，还可以有很多，如其他聚合物过程产生深远的影响： • 吹瓶吹元件的壁厚已采取了之前被关闭的模具在挤压过程中的膨胀程度上取决于。 • 真空成型或热成型的聚合物必须保持一定程度的弹性，防止下垂之前，它是由真空拉过来的冷成形模具材料。如果材料没有足够的弹性，很可能前真空或施加压力，来接触到冷冻死。 聚合物的加工性能聚合物的加工性能，还取决于正在处理的化合物中的润滑剂，增塑剂，填料和其他组件的浓度。从这个简短的介绍中，人们可以欣赏适当的表征，聚合物熔体的流动行为，可能需要先进的，多功能的仪器。 从rheologist聚合物流动行为的角度来看，可以很方便地分为三个组成部分：剪切和拉伸流动的特点是由相应的粘度和弹性行为的特点是通过测量模数或膨胀比率。 充分体现材料，仪器仪表，需要提取这些参数范围内的温度和剪切/延伸率的能力。现代化的实验室流变测试仪器，可分为两个大类旋转流变仪和毛细管挤出流变仪。 现代化的实验室流变测试仪- R otational流变仪这些仪器通常需要一个小标本要在磁盘的形式进行测试的材料 - 直径25mm和1mm厚的典型尺寸。样品之间放置了一双平行板或上锥和下盘，其温度可保持作为一个成熟的燃气炉或电加热板等外部加热装置。 现代旋转流变仪的测试类型的能力，以便充分表征材料的温度和流速范围。测试的类型的类型的例子包括： • 流量曲线 • 蠕变试验 • 应力松弛试验 • 应力幅值的正弦振动试验 流曲线 流动曲线来衡量的剪切粘度与剪切速率或剪切应力。在足够低的剪切速率下粘度为恒定值将达到。这种所谓的零剪切粘度取决于平均分子量的聚合物和高原反映分子量分布宽度（前率有多高粘度降低）的长度已被证明。软件包可用来确定的平均分子量和分子量分布，从这些数据。 
图1。低密度聚乙烯的流量曲线在190˚彗星粘度低切变率高原。零剪切粘度的大小，是由聚合物的分子量平均。 蠕变试验蠕变试验（规定的时间内申请恒定应力）允许确定的零剪切粘度的替代手段。当与恢复测试（消除应力），使这些测试样品中的弹性量来衡量相结合，因为材料与弹性反冲，并试图恢复其原来的形状。 
图2。蠕变（蓝色）和恢复（红色）曲线在190 ° C的聚丙烯允许零剪切粘度确定和平衡可收回遵守。 应力松弛试验应力松弛试验应用瞬时变形（应变）的样品和记录的时间依赖的压力随时间衰减。在测试温度下的聚合物粘弹性应力的衰减率取决于。往往显示为松弛模量随时间变化的数据。整合的弹性模量随时间变化的功能是确定的零剪切粘度常常被遗忘，但迅速的手段，因此平均的分子量。模数/时间功能分化产生持续的弛豫时间分布曲线。这相当复杂的功能，原则上包含的信息有关的聚合物的分子量分布。 
图3。应力松弛数据低密度聚乙烯在190 ° C。弛豫时间分布曲线，包括有关的聚合物的分子量分布的信息。 小振幅正弦振动测试小振幅的正弦振动测试测试频率的功能，是快速的和经常使用的方法来测量聚合物的粘性和弹性性能，同时。两个参数是最经常报道 - 存储（弹性）模量和粘性（亏损）模量（G“）代表的材料收回（弹性响应）或流量（粘稠响应）的相对程度的变形率分别为（测试频率）的变化。 一个典型的反应是一个聚合物熔体表现出弹性为主的行为，在高频和低频粘性为主的行为。这意味着有一个临界频率，这两个反应都是平等的。这显然是一个定义良好和方便，已经显示出这种“交叉”的频率和模量取决于一些线性聚合物的分子量和分子量分布。 一个潜在的好处是利用这一点作为一个质量控制工具，在更高的频率比恒定值的剪切粘度发生在哪个点显著发生交叉的弹性和粘性模量。相比，流量曲线测量或进行蠕变试验，测试的时间可能会因此大大减少。包括下面的例子说明如何粘弹性聚合物的特性，已解决了实际处理问题 
图4。聚丙烯扫描频率在190˚C。交叉点是确定的平均分子量和分子量分布。 变异在管材挤出工艺仪表 （低于0.1赫兹）的低频振动测试发现不同批次的材料之间的弹性模量的差异。显然管压力表后，被挤出，所以这并不奇怪，管道和管具有较高的压力表有更大的弹性模量聚合物的恢复程度将取决于。 减少Inconsiste NT纤维纺纱性能低频振荡测试，能够显示不同批次的材料的弹性性能的差异。在粘度无差异，表明该材料是一致的分子量。在低频的弹性差异相关的分子量分布（MWD）与结果的差异，更广泛的MWD结果在增加分子链缠结，阻碍了平局纤维纺纱工艺过程。反过来，这会导致最终产品不一致。 
图5。两个高密度聚乙烯管道的频率扫描数据。样品具有较高的弹性模量产生较大的规管。 
图6。好的和坏的PP光纤样品作为频率的函数的复合粘度。请注意，没有可辨别的差异是显而易见的。 
图7。作为频率的功能好的和坏的PP光纤样品的储能模量。坏的样本有更多的弹性，造成不一致的纤维直径。 现代劳动atory流变试验装置-毛细管挤出流变仪毛细管挤出流变仪，先进的毛细管挤出流变仪包括一个温度控制的每桶纳入一个或多个安装孔精度与毛细管出口处死亡。熔体压力传感器立即安装以上的死亡记录的压降，聚合物熔体通过编程流速的模具挤压。使用毛细管芯片和一个“孔”或“零长度”死了聚合物熔体的剪切和拉伸粘度对剪切和延伸率的同时测定。 其他配件，可用来记录死亡意味着膨胀，如果通过一系列轧辊速度控制聚合物链和录制的起飞速度长途功能的力（融化紧张）激光扫描测量仪和或挤出的熔体强度。 毛细管流变仪的一般规则作为一般规则，毛细管流变仪是用来衡量在较高的剪切速率比旋转流变仪熔融特性，并允许在典型的加工条件下流动行为的决心。一个特别重要的考虑是伸展（拉伸）属性的能力比其他技术（如计数器转动的滑轮装置），更重要的是在遇到一个加工生产线的延伸率较高的延伸率来衡量。 图8和9显示剪切和伸展的数据，这些数据说明了一个重要而往往被忽视的一点：两种聚合物可能有几乎相同的剪切流动行为，但可能会出现相当不同的伸展性能。如前所述，许多聚合物工艺（化纤纺丝，吹塑）基本上是伸展的过程，所以测定拉伸粘度比测量剪切粘度的重要。 
图8。剪切粘度与剪切速率。两个橡胶的数据是没有什么区别。 
图9。拉伸粘度与延伸率，如图8所示的相同的材料。有明显的差异在伸展。 
图10。熔体破裂的证据显示振荡压力信号。材料是聚丙烯测量在190˚C。 毛细管流变仪的应用毛细管流变仪通常用于审查处理的行为，而不是确定流变参数：两个例子可确定不稳定流动和滑移或临界应力测量地区。 
图11。Rheograms为高密度聚乙烯在200˚C 。恒定应力线揭示滑移的证据。 
图12。滑高密度聚乙烯与剪切速率的速度在200˚C。穆尼的方法计算滑移速度。 流量不稳定流量不稳定或熔体破裂一般是拉应力，当熔体从一个大断面流量到一个较小的一个。如果拉应力变得足够大，熔体的骨折。熔体破裂的影响变得不那么引人注目的是作为模具的长度增加，模具的温度升高。增加模长度抑出的横截面变化的影响，在模具入口处和温度的升高，降低了在相同的剪切速率的粘度和应力。在毛细管流变仪，熔体破裂的区域显示如下图所示的熔体压力信号作为定期振荡。熔体有效地与相邻元素都经历了不同的伸展的历史骨折，然后改革等会膨胀退出模具不同。 毛细管流变仪的基本假设计算时用毛细管流变仪流变性能的一个基本假设是，在毛细管死壁的材料是固定的-这就是所谓的坚持条件。在实践中，聚合物熔体偏离这种情况，在临界应力和材料流叠加到塞流的剪切流动相结合。滑移的临界应力测定，可以分析流量曲线的测量在相同的温度至少3套具有相同长径比毛细管模具在毛细管流变仪。对于一个没有遇到滑移相同的剪应力与剪切速率的配置文件，将生成的物质。 在滑移发生的情况下，剪应力会降低死在恒定的剪切速率的直径增大。流量数据分析允许“滑移速度”和临界应力确定。这些参数往往需要通过计算流体动力学软件包，随着剪切和拉伸粘度数据，预测熔体在模具和挤压型材的流动。上面的两个例子显示如何毛细管挤出流变仪可以用来帮助预测一个聚合物熔体的加工性能。其他测试制度，也有可能由多个流量曲线测量或粘度随时间的变化;流量开始在不断的挤压力的临界温度测量测定聚合物的降解;流停止后的应力松弛;融化恒温等可压缩 结论聚合物熔体流变学是一个复杂的课题，需要仔细的实验设计，以获取需要的信息，以满足研究者的要求。旋转流变仪的首选时，要求获得有关分子结构的信息，这会影响加工特性。特别是，能够方便地提取有关平均分子量和分子量分布的信息，通过测量粘弹性能使得旋转流变仪，一个强大的工具。毛细管流变仪在实验室之外，在一个旋转仪器的剪切速率范围达到扩展，并允许典型的加工条件下测得的流动性。此外，可以轻易决定在现实生活条件下的剪切和拉伸性能的聚合物生产商和处理器提供的信息是至关重要的熔体聚合物的成功使用。最后，毛细管流变仪可以处理的问题，而不需要停止在工厂车间的生产在受控环境中进行调查。 |