聚合物毛细管流变仪
聚合物流变学是研究高分子材料流动和形变的科学，对高分子材料加工性能的评价主要是流变行为的测试。与测定聚合物流变行为的其他仪器相比，毛细管流变仪具有结构简单、温度调节范围较宽、用料少、测量时间短、剪切速率较宽等优点，已被广泛用于聚合物的加工测试与研究。
本文以聚丙烯为研究对象，用毛细管流变仪测量其流变行为，得到一系列剪切速率、粘度、不稳定流动等比较接近加工过程的流变曲线和数据，并说明了毛细管流变仪在高分子材料流变性能、配方的筛选优化以及产品质量控制方面的应用。由于毛细管流变仪使用较少样品进行配方设计，既能测试分析，又省时经济，已在塑料加工性能研究、配方设计等方面起到了重要应用。
1毛细管流变仪的系统组成
毛细管流变仪是一种基于塑化分析研究的材料流变性能测试设备，其突出的特点是可以在接近真实加工条件下，对材料的流变行为进行研究。毛细管流变仪主要由驱动系统、控温系统、软件系统和各种附件组成。
1.1驱动系统
毛细管流变仪的驱动系统主要为各功能单元提供动力和控制功能，其腔体是一个圆柱形的塑化器，是流变仪的重要组成部分。在高分子材料的加工过程中，通常根据试验材料对剪切强度的要求，选择不同的口模。通过记录物料在测试过程中的温度、表观切应力、粘度随剪切速率的变化，可研究材料在加工过程中的分散性能、流动行为及热稳定性等，并得到流变曲线，客观呈现材料的加工塑化过程。
1.2控温系统
毛细管流变仪的控温系统主要通过传感器测量腔体的温度值，并将其转换为信号，再输入温度显示调节仪表，与设定的信号相比较，经过运算后改变执行器输出操作变量，从而改变加热腔体的热量，达到控制温度的目的。当腔体内的温度大于限定区间时，控温系统自行下调温度，当腔体内的温度小于此区间时，控温系统自行上调温度，以保障系统硬件设备和传感器连接正常。
1.3软件系统
毛细管流变仪的软件系统，主要采用自动校准和实验测试两大模块。其中，自动校准模块测量采用集成式的模块化设计，可实现传感器的自动校正、口模自动识别等功能，便于操作和理解；实验测试模块主要按照程序进行实验条件的设置，实现测量参数、曲线和表格同步显示的功能。另外，可以通过自动分析剪切速率与粘度曲线上的特定点，读取相应的实验数据。
2毛细管流变仪的应用分析
2.1工作曲线
毛细管流变仪的工作原理是物料在温度、压力等因素的作用下，由粒状（或粉状）变成熔体的塑化过程，测试物料由玻璃态向粘流态转变的动态流变现象。在实验过程中，先设定好毛细管流变仪的操作参数，按照测试条件称取适量物料，待温度达到设定条件后，安装合适的口模、压力传感器，待温度稳定之后，加入物料开始测试，通过实验可获得物料在某一温度下，粘度和表观切应力随剪切速率的变化曲线。同时，计算机屏幕上会动态显示物料的温度、表观剪切速率、表观切应力和表观粘度动态流变曲线。
2.2表观粘度与剪切速率的关系
毛细管流变仪测定在某一特定温度下的粘度值，若表观粘度随剪切速率的变化不变，则被测定为牛顿流体；若粘度随剪切速率的变化而变化，说明这种流体是一种典型的非牛顿流体。一般情况下，在温度和压力一定的前提下，大多数材料熔体的粘度是随着剪切速率的增加而下降的，但是不同的材料对剪切速率（切应力）的敏感程度是不一样，但在剪切速率很低和很高的情况下，表观粘度几乎不随剪切速率变化而变化。
不同材料所对应的非牛顿流变曲线。当温度恒定的情况下，表观粘度随剪切速率的增加而急剧减小，但是当剪切速率达到1000s-1左右时，表观粘度的变化趋势变缓，说明在一定的剪切速率范围内，提高剪切速率会显著降低材料的粘度，改善其流动性能。然而，在相同的测试条件下，实验发现：聚丙烯（PP）较聚乳酸（PLA）对剪切速率具有较强的敏感性。
2.3表观粘度与温度之间的关系
表观粘度是剪切速率或温度的函数。所以，只有剪切速率恒定时，研究温度对粘度的影响才有实际意义。一般来说，温度升高，必然使得分子间的运动加快，从而使得分子链之间的缠绕降低，分子之间的距离增大，从而导致粘度降低，而温度太低，熔体粘度大，流动困难，成型性差，并且弹性大，也会影响制品的稳定性。
不同温度所对应的表观粘度与剪切速率之间的关系。随着温度的升高，PP的表观粘度呈指数方式下降，也表明温度的敏感性要比剪切作用的敏感强。根据分子运动理论，当温度较高时，分子运动较快，形状复杂的分子链由卷曲运动趋于形成线团状态，表观粘度随之下降；当温度较低时，分子排列、分子之间的制约较强，表观粘度变化趋势较小。当温度达到一定程度时，其对物料的粘度影响削弱，主要与物料本身的性能有关，但是不同的材料粘度对于温度的影响程度不同。另外，从材料工艺学的角度出发，高温有利于材料成型，但制品收缩率大，还会引起分解，影响产品质量，因此，对于温度非常敏感的材料，温控十分重要，否则粘度变化较大，使操作不稳定。
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