模流分析第三课预告 | 材料流变性能测试及在材料分析中的应用

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导语

对于聚合物材料的制备和加工成型，深入了解聚合物分子参数、配合剂、工艺条件等与熔体流变性的关系是十分重要的。研究这些因素对聚合物流体粘度的影响，可以合理设计和选择加工设备，优化材料的配方和优化加工成型的工艺条件。

例如，通过增加添加剂改善材料的流变性能；改变加工温度和压力，满足加工成型合格产品的需要；对剪切速率敏感的材料，可提高加工剪切速率降低材料的粘度，以改善加工成型聚合物材料的流动性；口模设计重点考虑材料的离模膨胀。

模流分析（moldflow）是运用数据模拟软件对注塑成型的过程进行模拟仿真可以根据模流分析结果完善模具设计方案及产品设计方案。利用模流分析，通过对模流分析，可以模拟材料在螺杆内的流动、挤出成型、注射成型时的状态，可以显著减少挤出/注射成型的调试时间，提前预判成型塑料制品的可能缺陷并进行优化。

UDB文件为使用仿真软件进行仿真前，必须输入的材料特性参数，材料的流变性能关键参数——粘度数据，是UDB文件中用于模拟注塑成型加工过程的重要的参数之一。

仪器介绍

流变仪是一种实验室装置，可用于测量高分子材料响应施加的力的流动方式。它用于那些不能用单一粘度值定义的流体，因此需要比粘度计有更多的参数来设定和测量。高分子研究常用的流变仪有旋转流变仪、毛细管流变仪、转矩流变仪。

图不同流变仪的剪切速率范围与常见加工剪切速率范围对应关系图

1. 旋转流变仪：它是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能，从而揭示聚合物体系内在的结构-性能-分子运动之间的关系。

图旋转流变仪

2. 毛细管流变仪：是目前发展最成熟，应用最广泛的流变仪。在程序化控制下，自动完成测试、数据采集、分析和处理，获得材料的流动曲线以及表观剪切粘度、真实剪切粘度等重要数据。

具体应用：（1）测定高分子熔体在毛细管中的剪切应力和剪切速度关系。（2）根据挤出物的直径和外观，在恒定应力下，通过改变毛细管的长径比来研究熔体的弹性和熔体破裂等不稳定流动现象。

高压毛细管流变仪

3. 转矩流变仪：研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备。提供了更具有实际加工数据的动态测量方法。可以在实际加工的情况下，对材料的流变性能进行测定，如多组分的物料混合、热固性树脂的交联固化、弹性体的硫化、材料的动态稳定性等。同时此设备还配有单螺杆挤出系统及多种加工口模，可以实现挤片、流延、吹膜、挤管等加工过程的评价。