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拉伸流变测试平台-CaBER1

时间:[2018-12-28]  来源:

一、仪器简介

理解流体的拉伸行为对工业和基础研究都很重要。含有强拉伸成分的复杂流动在工业加工和应用中广泛存在,例如挤出流动、涂敷流动、压缩流动以及纤维纺丝流动等。同剪切流动相比,大多数材料拉伸流动显示很不同的反应。CaBER1拉伸流变仪,基于俄罗斯科学家由Entov, Rozhkov 及其团队在毛细管断裂流变学的研究成果,由CPG开发,Thermo Haake 制造生产而成,是当前唯一适用于量化液体或半固体拉伸特性的拉伸流变仪,可轻松对半固体和液体的拉伸特性进行量化。通过CaBER1拉伸流变仪分析材料形成细丝及断裂的时间,可提供关于材料物理特性的宝贵信息,这是旋转流变仪无法做到的。

CaBER1拉伸流变仪特色如下:

  • 第一台商业化测量流体拉伸性能的流变仪,与旋转流变仪互补

  • 电脑操控,操作与使用便捷

  • 测试样品易添加与清理

  • Class 1 激光千分尺

  • 可变速的线性马达

  • 自动重复测试功能

  • 封闭的温度控制样品腔

  • 测试夹具可切换

  • 用户可设定应变

  • 消耗测试样品量少(< 1 ml)

二、仪器配件

1)高速摄像机

高速摄像机模块可对样品的拉伸过程进行动态拍摄,结合CaBER1测试数据,更便于数据分析。

2)法向应力传感器

法向应力传感器可对样品拉伸过程中法向应力的变化进行定量测量。

三、主要技术参数

1)CaBER1

Hencky 拉伸形变

最高 ε0= 10

施加拉伸形变速率范围

0.01 <拉伸形变速率< 300 s-1

流体拉伸形变速率范围

10-5 < 拉伸形变速率< 10 s-1

剪切粘度范围

10-106 mPa s

测试平板直径

Dplate=4mm6mm8 mm

丝直径分辨率 10μm
测量温度范围 5-80 ℃
系统响应时间 10 ms

2)高速摄像机

分辨率 1280*1024像素,130万像素
最短曝光时间 2μs
图像拍摄速率

500fps@1280*1024像素,全分辨率

1200fps@800*600像素

2000fps@512*512像素

6500fps@256*256像素

灰度值 8-bit dynamic range/24bit 彩色
快门速度 1μs

3)法向应力传感器

法向应力分辨率 0.05mN
时间分辨率 0.2ms

四、测试模式

将少量样品(< 1 ml) 放置于两个圆形平板测试夹具中,上平板以实验人员设定的拉伸应变速率迅速与底板进行分离,从而对液体样品施加一个瞬时的拉伸形变形成不稳定的液体细丝。当拉伸过程停止后,细丝中部的流体发生拉伸应变速率的变化,该速率由样品本身的性能决定。激光千分尺测量不断变细的细丝中部的直径对应时间的关系。采用软件中模型拟合分析可以量化表面张力、粘度、质量传递以及弹性之间相互作用。经过实验数据分析及模型拟合对比可以快速地确定以下参数:粘度、表面张力、弹性、松弛时间以及细丝的断裂时间。同时,结合高速摄像机模块和法向应力传感器,可以获得样品拉伸过程的动态图像和拉伸过程中法向应力的变化。

图1 聚合物溶液拉伸过程中纤维直径随时间的变化(出处:The impact of extensional viscosity on oil displacement efficiency in polymer flooding)

图2 蜂蜜拉伸过程中的法向应力变化(出处:Extending the Capabilities of the CaBER with Highly Sensitive Force Measurements)

五、测试对象

可用于聚合物溶液、悬浮液、胶黏剂、乳液及一系列材料的分析与表征。可应用于粘合剂、食品、消费品、工业树脂、打印机油墨等工业领域。

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