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流变仪在本科教学中可以开展哪些实验?

点击次数:489 更新时间:2022-11-30

流变仪(Rheometer)是表征物体流变行为的实验装置。对于流体特别是高分子,可以测定具有粘弹性性质,情况复杂的多种物质,流变仪可以测量不同应力或不同应变速率下黏度和模量的变化。随着流变学的发展与流变技术的广泛应用,流变仪可用于化妆品、药品药物、聚合物熔体、悬浮液、乳液、纸张涂料、洗涤剂和食品等不同物品的物理性质测试,对于高校教学来说,流变仪可应用于材料、化学、食品、农学、医学、环境等专业的教学和科研工作中。那么流变仪在本科教学中可以开展哪些实验呢?

1、聚合物溶液的缠结浓度的测定

当高分子以分子状态分散在溶剂中所形成均相体系称为高分子溶液,目前广泛应用于涂料、粘合剂和纤维纺丝等领域。聚合物在水溶液中的构象随着溶液浓度的改变而发生变化。对聚合物溶液的临界浓度参数研究不仅具有理论意义,而且具有重要的实用价值。

通过流变实验,借助旋转流变仪,可以测定一系列不同浓度的聚合物溶液的增比粘度,并绘制p-c曲线,通过曲线拟合和标度率确定临界交叠浓度和缠结浓的值。

2、粒子填充聚合物复合体系流变性能的测定

为了提高聚合物基体的力学性能和耐热性,填充复合改性(在聚合物基体中填充无机纳米粒子)是一种有效的方法。通过动态流变性能的测定,可以研究填充无机粒子的体积分数、形状对复合体系的弹性、力学松弛时间和玻璃化转变温度等的影响。通过该实验,学生掌握平板硫化机制备圆片试样的方法,认识无机粒子对聚合物基体的填充增强效应,为聚合物材料的复合改性打下了一定的基础。

3、聚合物-胶体悬浮液的聚集稳定性表征

胶体悬浮液的聚集稳定性对于其实际应用至关重要,通过添加聚合物可以调控胶体粒子间的相互作用势能,从而影响其聚集稳定性。通过该实验可使学生认识到,添加的聚合物浓度不同会导致复合体系微观结构和宏观力学性能不同。因此,聚合物的分子量和浓度对聚合物复合体系的流变特性有很大的影响。

4、物理凝胶化的流变表征

聚合物水凝胶是一类能迅速吸收并保持大量水分而又不溶于水的三维网络结构材料,目前广泛在药物控释、细胞培养和废水处理等领域。聚合物的溶液-凝胶转变,即凝胶化的研究对认识聚合物水凝胶的优异性能的微观来源和制备过程均具有重要的指导意义。该实验可以让学生充分掌握聚合物溶液的凝胶化转变的理论知识,有助于学生深刻认识聚合物的浓度对其微观结构的影响规律。

5、测定淀粉糊化过程

测定淀粉糊化过程(振荡模式,不破坏正在形成的结构,提高准确性),锥板体系振荡模拟烘焙条件,衡量粘弹性变化,采用低剪切速率(0.00001-0.001 1/s),衡量内部氢键结合力。固定形变和频率,在一定温度下,测试胶体形成的凝胶点。

6、巧克力粘性测定

巧克力最重要的流变学参数就是屈服应力值,其流动曲线遵循Casson 方程:把流动曲线外推至零剪切速率来确定巧克力的屈服应力值。屈服应力与巧克力中所含的可可脂肪成分,巧克力浆中的可可粉、糖粉等的磨碎程度及卵磷脂的用量有关。在涂布巧克力层的时(威化巧克力、冰淇淋巧克力等),涂层的厚度取决于巧克力的屈服应力,垂直面厚度取决于其粘度。

以上简单列举几例流变仪在教学中的测试,在各个学科的实际教学工程中,针对不同的样品,流变仪可以测定样品黏度(包括流动曲线、屈服值、触变性等)、储能模量、损耗模量、法向力等,针对测试的样品的不同,将流变参数与实际生产结合,如琼脂的流变性能与其加工的便利性、贮藏稳定的相关性、猕猴桃果胶等天然胶体在食品加工中的应用、利用流变仪研究分离蛋白溶液稳定性,对其加工运输储存提供客观数据指导等。

使用上海保圣RH-20流变仪对本科生教学,能帮助学生加强对加工过程中高聚物物理形态变化的理解,加深对加工工艺影响最终产品的认识,提高学生利用理论知识解决实际问题的能力和手段。同时,上海保圣流变仪还可用于质量控制(QC)、生产和应用、化学和机械工程、工业研究和开发以及材料科学等。


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