应用专题丨利用RSO流变仪进行屈服应力测试

2020-08-26 18:00

北京德泉兴业

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剪切应力斜坡扫描（CSS Test， log）

以剪切应力为自变量，设置对数增长的应力斜坡。对于粘弹性材料，当剪切应力值低于屈服点时，样品发生弹性形变，形变与应力是线性关系，代表材料的线性弹性区间。当应力值超过屈服点之后，应变增加的速率显著快于应力，曲线的斜率也随之不断增加。

将剪切应力（y－轴）与应变（x－轴）绘制对数曲线（log τ ／ log γ），根据图3可知，曲线中线性部分的拐点即为屈服点。

图3：应力斜坡扫描曲线（应力 vs 应变）

恒定剪切速率（通常小于1 S－1）

设置恒定的剪切率或转速，使转子在样品中以恒定的速率旋转。在转动的初期，样品内部分子的网状结构仅发生弹性拉伸，此阶段样品表现为弹性体，应力与应变表现为线性相关；当应力增加到某一点后，网状结构达到弹性极限产生局部破坏，曲线开始弯曲，物料表现为黏弹性体；当达到曲线最高点时，网状结构完全破坏。最终，剪切应力回落至屈服应力以下。

根据图4，剪切应力的最高点即可视为屈服点，约为54．9Pa。曲线中线性区域的斜率表现为样品的弹性模量G，G值越大，样品的结构强度越大。

图4：应力 vs 应变曲线

振荡测试－应变振幅扫描

除了上述在旋转模式下进行的测试之外，也可以使用振荡测试法进行屈服应力测试：固定测试频率，通过改变应力或应变的方式进行振幅扫描，一般情况下首选控制应变的模式（CSD， controlled shear deformation）。对于粘弹性材料，G＇表征其弹性部分，G＇＇表征其粘性部分。

如果材料具有屈服点，则屈服点以下发生较小的应变时，储能模量（弹性行为）占主导作用，并且在一定的应变范围内，两种模量均保持在一个恒定的水平，与应变的变化无关。该区间发生的形变为弹性形变，被称为线性粘弹区间。随着应变的不断增加，两种模量不再保持恒定，此时即为线性粘弹区间的终点，也是屈服点。随后，样品的内部结构开始发生不可逆的破坏。如果G＇和G＇＇这两条曲线有交叉点，则可以读取此时的应力值，作为样品的流动点。

相对于旋转测量模式，振荡测量模式的优势在于：可以同时表征材料的粘性行为和弹性行为，以及二者之间的动态变化过程。