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环境因素对材料流变测试结果的影响
点击次数:25 更新时间:2025-08-11 返回
   流变测试是研究材料在外力作用下的变形与流动行为的重要手段,广泛应用于高分子材料、食品、医药、涂料、石油化工等领域。然而,流变测试结果不仅取决于材料本身的特性,还受到环境因素(如温度、湿度、气压、光照等)的显著影响。
 
  1.温度对流变测试的影响
 
  温度是影响材料流变性能的最关键因素之一,特别是对高分子材料、熔融聚合物和热敏性物质。
 
  (1)高分子材料的温度依赖性
 
  -聚合物熔体:温度升高会降低熔体黏度,使其流动性增强(符合Arrhenius方程或WLF方程)。例如,聚乙烯(PE)在高温下表现出明显的剪切稀化行为。
 
  -热固性材料:某些树脂(如环氧树脂)在升温过程中可能发生交联反应,导致黏度先降低后急剧上升。
 
  -低温影响:某些材料(如沥青)在低温下可能发生玻璃化转变(Tg),导致储能模量(G')显著增加,材料变脆。
 

 

  (2)测试优化建议
 
  -使用温控流变仪(如Peltier温控系统)确保测试温度稳定。
 
  -在测试前进行温度平衡,避免热滞后效应。
 
  -对于非等温流变测试(如升温/降温扫描),需控制升温速率(通常1-5°C/min)。
 
  2.湿度的影响
 
  湿度主要影响吸湿性材料(如纤维素、蛋白质凝胶、某些水凝胶)的流变行为。
 
  (1)吸湿性材料的水分影响
 
  -水凝胶:高湿度环境可能导致水凝胶吸水膨胀,模量下降。例如,海藻酸钠凝胶在高湿度下储能模量(G')可能降低50%以上。
 
  -生物聚合物:如淀粉、明胶等,水分含量增加会降低其黏弹性,使其更易流动。
 
  -某些高分子薄膜:如聚乙烯醇(PVA)在高湿度下可能软化,影响拉伸和蠕变测试结果。
 
  (2)测试优化建议
 
  -在可控湿度环境(如湿度箱)中进行测试。
 
  -对样品进行预干燥或湿度平衡处理,确保数据一致性。
 
  -使用密封测量系统(如带盖板的平行板夹具)减少水分蒸发影响。
 
  3.气压与气氛的影响
 
  气压和气氛(如空气、氮气、真空)对它的影响主要体现在挥发性材料和氧化敏感性材料上。
 
  (1)挥发性溶剂体系
 
  -涂料、油墨等含溶剂的体系在低压或高温下可能挥发,导致黏度上升。
 
  -某些硅油在真空环境下可能因脱气产生气泡,影响测试精度。
 
  (2)氧化敏感性材料
 
  -某些橡胶或生物材料在空气中可能因氧化而硬化,导致流变参数(如复数模量)随时间变化。
 
  -使用惰性气体(如N₂)可减少氧化影响。
 
  (3)测试优化建议
 
  -对易挥发体系使用密闭测量系统。
 
  -对氧化敏感材料采用惰性气体保护。
 
  -在真空流变仪中测试发泡材料或高挥发性液体。
 
  4.其他环境因素的影响
 
  (1)光照(UV/可见光)
 
  -光固化树脂(如UV胶)在光照下可能发生交联,导致流变行为突变。
 
  -某些光降解材料(如PLA)在长期光照下可能变脆。
 
  (2)机械振动
 
  -外部振动可能导致低频流变测试(如蠕变测试)数据漂移,需使用防震台。
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