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通過流變儀測定流體的屈服應力

閱讀:1292      發布時間:2023-9-22
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RH-30流變儀.jpg


屈服應力:在材料拉伸或壓縮過程中,當應力達到一定值時,應力有微小的增加,而應變卻急劇增長的現象,稱為屈服,使材料發生屈服時的正應力就是材料的屈服應力。流體的屈服應力是指對于某些非牛頓流體,施加的剪應力較小時流體只發生變形,不產生流動。當剪應力增大到某一定值時流體才開始流動,此時的剪應力稱為該流體的屈服應力。即使材料發生流動所需的臨界應力,低于該應力,材料僅發生彈性變形;高于此應力,材料開始發生流動,常見于一些搞顆粒含量的體系。


通過上海保圣RH-30流變儀的旋轉模式進行屈服應力測試,設置恒定的剪切率或轉速,使轉子在樣品中以恒定的速率旋轉。在轉動的初期,樣品內部分子的網狀結構僅發生彈性拉伸,此階段樣品表現為彈性體,應力與應變表現為線性相關;當應力增加到某一點后,網狀結構達到彈性極限產生局部破壞,曲線開始彎曲,物料表現為黏彈性體;當達到曲線最高點時,網狀結構破壞。最終,剪切應力回落至屈服應力以下。剪切應力的最高點即可視為屈服點。曲線中線性區域的斜率表現為樣品的彈性模量G,G值越大,樣品的結構強度越大。


除了上述在旋轉模式下進行的測試之外,也可以使用上海保圣RH-30流變儀的振蕩測試法進行屈服應力測試:固定測試頻率,通過改變應力或應變的方式進行振幅掃描,一般情況下選控制應變的模式(CSD, controlled shear deformation)。對于粘彈性材料,G' 表征其彈性部分,G'' 表征其粘性部分。


如果材料具有屈服點,則屈服點以下發生較小的應變時,儲能模量(彈性行為)占主導作用,并且在一定的應變范圍內,兩種模量均保持在一個恒定的水平,與應變的變化無關。該區間發生的形變為彈性形變,被稱為線性粘彈區間。隨著應變的不斷增加,兩種模量不再保持恒定,此時即為線性粘彈區間的終點,也是屈服點。隨后,樣品的內部結構開始發生不可逆的破壞。如果G' 和G''這兩條曲線有交叉點,則可以讀取此時的應力值,作為樣品的流動點。相對于旋轉測量模式,振蕩測量模式的優勢在于:可以同時表征材料的粘性行為和彈性行為,以及二者之間的動態變化過程。


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