流变实验讲义

一．实验目的：

1.了解旋转流变仪的基本结构，实验原理。

2.掌握采用旋转流变仪测量无机非金属材料流变性能的方法。

二．实验仪器及材料

1. MCR301旋转流变仪 2 .空气压缩机，水浴 3.电子天平

4.氧化铝微粉、烧杯等

三．实验原理;

MCR301旋转流变仪工作原理说明（同轴圆筒）

MCR301旋转流变仪的结构示意图如右图所示，顶部的光学解码器用于测试旋转的速度；EC马达用于施加旋转并测量所需的应力；轴承用于固定整个系统；快速连接器用于把不同的测试转子与马达连接到仪器，并识别转子的型号；转子深入到样品杯中，整个外表面与样品接触。

测试时，将样品放入样品杯中，然后把样品杯固定到控温夹套中，此时转子已经全部浸入到了样品中；控制马达以一定的速度旋转（即剪切速率），测出维持此转速所需要的扭矩（即样品的阻力，可以换算为剪切应力）；然后通过计算即可以得到样品的粘度。

粘度＝剪切应力/剪切速率

利用软件，可以控制仪器以连续变化的剪切速率进行测试，从而可以得到不同剪切速率下样品的粘度；

通常非牛顿流体的粘度会随剪切速率的增大而减小。

测量原理：

转子以一定的速度旋转，外圆筒静止，为Searle 原理。转动着的转子拖动环形空间内的液体产生层流流动，剪切面为同心圆柱面，剪切线为剪切面上垂直轴线的圆，液体微元的迹线与剪切线重合。

圆筒如右图所示，进行同轴测试需要满足条件：

1） L/(Ra-R1)>>1,同时Ra/R1<1.2，标准：ISO3219 2）保持稳态层流 3）液体内部温度恒定 4）样品为均质流体 5）不产生壁滑移 计算公式：

2

τ=M/2π𝑅1(𝑅𝑎−𝑅1) 𝛾 =𝑅1𝑛/(𝑅𝑎−𝑅1)

公式中：τ为剪切应力；γ 为剪切速率；M为扭矩；n为转速

与常用旋转粘度计不同，上述限定条件是由于计算上的需要，如不满足上述条件，测试不同类型的流体时则会产生

实际粘度偏差。比如使用烧杯测量牛顿流体是准确的，测量非牛顿流体则会出现偏差，这是因为在相同转速下，两种情况下的剪切速率是不同的。

四．实验内容及步骤：

1. 开机运行：

（1）打开压缩空气电源，观察空压机是否正常运行，输出压力达到5bar （2）打开水浴(通常设定水浴温度为20 ℃)，观察循环是否正常 （3）打开流变仪主机电源，等待MCR301主机自检完成 （4）启动计算机，打开Rheoplus软件 2.样品制备：

称取gAl2O3微粉加入g水，充分搅拌，配制成固含量为40vol.%的浆料。 3．检测：

（1）在Rheoplus软件中打开控制面板，点击“Initialize”进行仪器初始化。 （2）在控制面板上设定试验温度； （3）选择测量系统和温控系统

（4）设置实验参数（由具体实验确定）。

（5）加入样品后将测量头下降到测量位置（Meas. Position） （6）点击“start”按钮开始实验，实验过程中注意仪器运行状况

（7）实验结束后将测量头提升到设定升起位置（Lift Position），取下测量系统，及时清

洁测量系统，装好空气轴承保护套。 3. 关机

（1）关闭流变仪主机电源。 （2）关闭水浴等辅助设备。

（3）关闭空压机（检查气缸冷凝水，每天试验结束后打开排水阀）。 （4）进行数据处理或保存文件后，关闭软件和计算机。

五．维护保养及注意事项：

1. 实验结束后及时清理仪器和测量系统，保持清洁状态。 2. 使用溶剂清洗夹具时勿污染Toolmaster部件。

3. 严禁使用坚硬工具清理测量系统，避免造成夹具表面划伤。 4. 仪器开机状态下，保证压缩空气通畅。 5. 关机状态下，必须安装轴承保护套。

六．实验数据处理：

试验温度：25℃

样品：氧化铝微粉（固含量40vol.%） 1. 氧化铝微粉浆料流动曲线

以表格的形式记录数据，包括剪切速率、粘度、剪切应力。在一张图上绘出粘度(η)-剪切速率(γ)及剪切应力(τ)-剪切速率(γ)曲线。 2. 氧化铝微粉浆料触变性 七．思考题：

1. 氧化铝微粉浆料的粘度及触变性分别受哪些因素的影响。 2. 举例说明流变学在实际生产、生活中的应用。