3.5 粘度和弹性的测量

MEASUREMENT OF VISCOSITY AND ELASTICITY

对流变仪和粘度计进行详细勘测是不合适的；将仅讨论实际处理的主要要求和限制。需要在挤出机和模头中遇到的温度和剪切速率下测量（剪切）粘度，并准备好检查这些特性是否得到保持的方法（第11.4节）。通常已知特定聚合物和产品的加工温度范围，但需要至少50°C范围内的数据，以便可靠地确定粘度的温度系数（例如方程式（3.10）中的 \(\beta\)）。显然，粘度计必须能够达到并准确保持所需的温度，并且机械强度足以承受高粘度所需的压力和扭矩。螺旋通道中的剪切速率通常在 \(10{-}100\,\mathrm{s}^{-1}\) 范围内， 与BS 2782（1970）nOA方法中规定的毛细管剪切速率接近。然而，在模具和飞行间隙内，剪切速率可能高达 \(2000{-}3000\,{\mathrm{s}}^{-1}\) ,其中熔体流动速率几乎没有指示，因为粘度随剪切速率的非牛顿变化。出于类似的原因，平行板旋转粘度计用处不大，因为它们代表了从中心到圆周的剪切速率范围，因此对于非牛顿流体，只能给出该剪切速率范围内的（加权）平均粘度。锥板粘度计在半径范围内提供均匀的剪切速率，但必须能够在相当大的速度范围内运行，以覆盖所需的剪切速率。尽管这些仪器能够产生准确的研究数据，包括在某些情况下的弹性恢复，但它们仅限于相当低的剪切速率和应力，部分原因是表面滑动。毛细管粘度计在毛细管半径上同时涉及一系列剪切速率（方程式（3.15）），但在简单模具中再现了剪切条件；数据通常根据墙的剪切速率（最大值）产生，如方程（3.24）（表观剪切速率）或假塑性“真实”剪切速率（表3.1）所示。确定相应的表观粘度和“真实”粘度以满足方程式（3.5）。在毛细管流中，可以使用粘度和相应的剪切速率，只要在计算生产模具时使用与根据实验数据确定粘度时使用的方程相同的方程。可能需要进行许多校正，其中最重要的是巴格利端校正，这需要使用至少两个L/R比的模具进行初步测量。毛细管粘度计能够在宽范围的预定剪切速率下运行，对活塞进行机械恒速驱动，或在可调气体压力下运行预定剪切应力。上限通常由熔体断裂的开始来设定，尽管它名义上发生在恒定的剪切应力下，但可能会在方形入口粘度计模具中造成严重变形，这在流线型生产模具中很难明显。粘度计也可用于确定温度和剪切应力范围内的膨胀比，如图3.10和3.11所示。

如果没有复杂的实验室设备，很难获得挤出机模具设计所需范围内的精确拉伸数据。许多研究人员使用“零长度”或孔板模具来获取端部修正、可恢复应变等数据，尽管与有限长度的模具相比，模具入口的流动条件是否会因不同的出口粘度和弹性测量流型（轮廓和速度分布）而改变，这仍然是一个问题。另一种可能性是在确定剪切流参数后使用锥形模具（第3.3节）；第46页的例子表明，流动的伸展分量可能太小，无法得到准确的结果。