一般样品中流变检测方案(流变仪)

智能文字提取功能测试中

www.anton-paar.com Joe Flow 的流变学测试技巧和建议 ----之七：振荡测试-进退之间见分晓! 振荡测试常用来表征不同材料的流变学性能，尤其在表征粘弹性样品的结构方面特别有效. 在振荡测试中，测量夹具以设定的频率和振幅进行往复运动。采用这种方法的优势在于通过作用在样品上面的小应变可以实现对刚性固体样品进行测量。 这种振荡测试的机械模型如图1所示：下板保持静止状态的同时，上板通过由电机轮带动安装其上面的链接杆驱动进行往复运动。 图1：振荡测试的平行板模型 在90°和270°位置上板达到了最大振幅。驱动上板运动所需的扭矩值除以平板面积就得到了剪切应力t。应变通过偏转角进行计算得到，与两板间隙有关。 振荡测试可采用两种不同的模式设定：. 控制剪切应力(CSS)测试，通过扭矩施加来达到所需的剪切应力值，同时测量相应产生的偏转角或应变。 控制剪切应变(CSD)测试，通过控制偏转角来达到所需的应变值，同时测量相应产生的剪切应力. 绝大多数的振荡测试采用控制应变模式，通过给定的应变和检测得到带有延迟响应的剪切应力用于计算储存模量G'和损耗模量G”。 储存模量G'是度量由于形变储存在系统内部的能量，反映了样品的固体性质(弹性部分)。损耗模量G"是度量由于形变所损耗的能量，因因表征样品的液体性质(粘性部分)。G'和G"在振荡测式图表中是最为常见的两个参数。 常用的测试方法有哪些? 在振荡测试中，典型的测试有：振幅扫描、频率扫描、温度扫描和时间扫描。 扫描通常是对一个既定的实验参数实施改变。例如，振幅扫描中应变是逐渐增加的。 振幅扫描通常是振荡实验中的第一个测试，它确定了样品的线性粘弹区(LVE)以及它的极限。在LVE范围内，储存模量和损耗模量沿着与X轴平行的方向变化(详见图3)。因此样品结构明显不会被所施加的变形破坏。对于振幅扫描，典型的程序设定是应变y从0.01%到100%按照对数方式递增，每个数量级选取5个测量数据，，l以及恒定的角频率10 rad/s。此种设定的曲线见图2。 在振幅扫描中，流变仪对给定应变进行精准控制，达到设定的条件，才会记录数据。因此，由于没有测量点，操作者应把取点时间设置为“No Setting Time”。 图2：振幅扫描的设定 图3：粘弹性材料的振幅扫描 除了LVE的确定，屈服点也可以通过储存模量和损耗模量偏离平行段的点进行分析(图3，红点)。而且，曲线也给出了关于样品结构性质的信息，当G'>G"时，显现为粘弹性固体，当G">G'显现为粘弹性液体。材料的结构强度通过在LVE范围内的G'值决定。G'和G"的交点(见图3)也可以叫做流动点，代表样品流动的起始，下一篇"Tips and Tricks from Joe Flow"将会介绍更多这方面的知识。 其他的振荡测试是关于时间和温度的测试，主要用于测定反应体系的固化或者用于分析样品在不同温度下的流变行为。所有这些测试都需要把应变设定在线性粘弹区内，使样品结构在测量过程中不会被破坏，典型的角频率为10 rad/s。 损耗因子tan6作为一个参数常出现在时间和温度测试中，这个值描述G"和G'的关系，如果tan8介于0和1之间，样品显现为粘弹性固体，如果tan8为1，表明样品处在凝胶点上，这个值大于1，说明样品显现为粘弹性液体。 在时间测试中，频率和应变保持恒定，观察样品性能随时间的变化。这种测试通常应用于固化实验和使用有效期或者结构恢复的测定。 图4：固化反应过程中，G'和G"对时间的变化 在温度测试中，应变和角频率保持恒定不变，温度为变量。诸如此类的实验常应用在高分子科学领域，用于测量玻璃化转变温度、熔程或者软化温度。 图5：热熔胶的温度测试 频率扫描用于研究样品的长期和短期性能，高频数据代表短期性能，而低频数据影响长期性能。 G'和G"的曲线特征可以给出样品的结构信息，对于高分子材料，零剪切粘度，松弛谱和分子量分布都是基于这种测试进行分析得到的。 对于频率扫描， 一个典型的测试程序如下： 选取一个在样品LVE范围内的应变和介于100 rad/s 到0.1rad/s区间内的频率范围，频率按照对数方式下降，每个数量级选取5个测量点。 虽然在幅扫描中，不需要定义取点时间。但值得注意的是越小频率条件下花费在单一取点上面的时间越长。因此，针对不同的测量点，取点时间不同。 频率扫描过程中程序设定，详见图6。 图6：频率扫描曲线 图7：PDMS样品的频率扫描 振荡测试提供各种不同的测量程序，相对于旋转测试的优势是在对粘弹性液体、粘弹性固体和固体的测量中，可对样品的弹性和粘性部分分别表征，取代旋转测试中只对样品整体粘度的单一测量。而且可以获得样品在静止状态下的信息，以便更精确地表征样品在不受外界条件影响下的本体性能。 振荡测试可采用两种不同的模式设定：.
控制剪切应力(CSS)测试，通过扭矩施加来达到所需的 剪切应力值，同时测量相应产生的偏转角或应变。
控制剪切应变(CSD)测试，通过控制偏转角来达到所需 的应变值，同时测量相应产生的剪切应力.