流体中流动测试检测方案(流变仪)

Understanding Lower Shear Rate Limit in Flow Tests流动测试中的最小剪切速率限制 摘要 对于给定的测量夹具系统，旋转流变仪的最低扭矩实际限制了其能所量测的最小应力，又由于量测的应力总是等于样品黏度与施加剪切速率的乘积，因此，对于低黏度样品来说，测试时允许施加的最小剪切速率不可避免地会受到所用测试夹具系统所能量测的最小应力限制。换句话说，对于黏度比较低的样品，流动测试中所允许设置的最小剪切速率并不是仪器所能达的速率最小值，而是与被测样品的黏度存在关联关系。实际测量中可以设定的最小剪切可由测量系统所能量测的最小应力除以黏度估算。 引言 黏度测量中，黏度总是由量测的应力除以施加的剪切速率得到，因此，在旋转流变仪上进行流动测试时，量测的应力总是等于样品黏度与施加剪切速率的乘积，因此，无论是样品黏度不变而剪切速率减小还是剪切速率不变而样品黏度减小都会不可避免地导致量测的应力减小。 对于给定的测量夹具系统，仪器所能量测的扭矩范围实际上与测量系统的几何尺寸一起决定了其能量测的应力范围。既然旋转流变仪所能量测的最小扭矩却总是有限的，那么其所能量测的最小应力也会存在下限。 基于上述因素，对于黏度比较低的样品，流动测试中所允许设置的最小剪切速率可能并不是由仪器所能达的速率最小值决定，而是与被测样品的黏度存在关联关系。由于受最小应力限制，实际测量中理论上允许设定的最小剪切可由测量系统所能量测的最小应力除以黏度估算。 本文拟对旋转流变测量中三种常用的测量夹具系统对于给定样品所允许设置的最小剪切速率进行详细的讨论。 平行板测量系统 对于给定直径(D)的平行板测量系统，旋转流变仪所量测的扭矩(M)与表观应力(oa)的换算关系如下 如果某型号旋转流变仪所能量测的最低扭矩为0.02 uM.s，那么通过上述公式可知，使用直径为 40 mm的板所能量测的最小应力为 1.59×10-3Pa。若某样品的黏度为0.1Pa.s， 则所允许设置的最小剪切速率约为 0.1 Pa.s 也就是说，对于该样品来说，原则上允许设置的最小的剪切速率为1.59×10-2s-1。 基于上述算法，不同黏度的样品使用不同直径的测量系统所允许设置的最低剪切速率列于表1。 表1最低扭矩为0.02 uM.s的仪器使用不同直径平行板夹具所能量测的最小应力及对不同黏度样品原则上所允许设置的最低剪切速率 直径(mm) 8 20 40 60 最小应力(Pa) 1.99E-01 1.27E-02 1.59E-03 4.72E-04 黏度 (Pa.s) 理论上允许测到的最小剪切速率 (s-1) 100 1.99E-03 1.27E-04 1.59E-05 4.72E-06 10 1.99E-02 1.27E-03 1.59E-04 4.72E-05 1 1.99E-01 1.27E-02 1.59E-03 4.72E-04 0.1 1.99E+00 1.27E-01 1.59E-02 4.72E-03 0.01 1.99E+01 1.27E+00 1.59E-01 4.72E-02 0.001 1.99E+02 1.27E+01 1.59E+00 4.72E-01 锥板测量系统 同理，对于给定直径(D)的锥板测量系统，旋转流变仪所量测的扭矩(M)与应力(o)的换算关系如下 如果某型号旋转流变仪所能量测的最低扭矩为 0.02uM.s，那么通过上述公式可知，使用直径为40mm的板所能量测的最小应力为1.19×10-3 Pa。若某样品的黏度为0.1 Pa.s， 则所允许设置的最小剪切速率约为 也就是说，对于该样品来说，原则上允许设置的最小的剪切速率为1.19×10-2s-1。 基于上述算法，不同黏度的样品使用不同直径的锥板测量系统所允许设置的最低剪切速率列于表2。 表2最低扭矩为 0.02 uM.s的仪器使用不同直径锥板夹具所能量测的最小应力及对于不同黏度样品原则上所允许设置的最低剪切速率 直径[mm) 8 20 40 60 最小应力(Pa) 1.49E-01 9.55E-03 1.19E-03 3.54E-04 黏度 (Pa.s) 理论上允许测到的最小剪切速率(s-1) 100 1.4+E-03 9.55E-05 1.19E-05 3.54E-06 10 1.49E-02 9.55E-04 1.19E-04 3.54E-05 1 1.49E-01 9.55E-03 1.19E-03 3.54E-04 0.1 1.49E+00 9.55E-02 1.19E-02 3.54E-03 0.01 1.49E+01 9.55E-01 1.19E-01 3.54E-02 0.001 1.49E+02 9.55E+00 1.19E+00 3.54E-01 传真 021-64951999 info@tainstruments.com www.tainstruments.com.cn TA INSTRUMENTS USE ONLY 对于给定的测量夹具系统，旋转流变仪的最低扭矩实际限制了其能所量测的最小应力，又由于量测的应力总是等于样品黏度与施加剪切速率的乘积，因此，对于低黏度样品来说，测试时允许施加的最小剪切速率不可避免地会受到所用测试夹具系统所能量测的最小应力限制。换句话说，对于黏度比较低的样品，流动测试中所允许设置的最小剪切速率并不是仪器所能达的速率最小值，而是与被测样品的黏度存在关联关系。实际测量中可以设定的最小剪切可由测量系统所能量测的最小应力除以黏度估算。