[發明專利]一種軟固體流變性能的測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 202310052838.4
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116106175B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 徐支松;劉加平;孫玟;王偉;袁世軍;滕樂;劉建忠;王育江
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14;G01N21/84
• 代理公司: 南京材智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32449
• 代理人: 眭鵬濤

本發明公開了一種軟固體流變性能的測量裝置及其測量方法，屬于流變測量技術領域，裝置包括盛樣圓桶，固定設置且上端開口，用于容納待測軟固體試樣；攪動轉子，頂端與驅動機構的輸出軸連接，底端向下伸展容納于所述盛樣圓桶內；圖像采集器，配置于所述盛樣圓桶的正上方并配有輔助照明器，用于采集待測軟固體試樣在所述攪動轉子轉動作用下的剪切流動圖像數據；控制接收終端，分別與驅動機構和圖像采集器之間連接，用于控制驅動機構和圖像采集器啟停和接收分析處理圖像采集器傳輸的剪切流動圖像數據以獲得剪切流動狀態下的軟固體流變性能。本發明能夠獲得待測軟固體試樣內剪切應力與真實剪切變形速率的對應關系，實現軟固體流變性能的準確測量。

技術領域

本發明屬于流變測量技術領域，具體涉及一種軟固體流變性能的測量裝置及其測量方法。

背景技術

凝膠、糊狀物、漿體等軟固體材料，諸如流體食品、化妝品、新拌水泥基材料、泥漿等在日常生活和施工生產中廣泛應用。不同于金屬、陶瓷等一類不易變形或變形微小的“硬固體”材料，“軟固體”材料在受到剪切作用會產生流動變形。其在外力作用下容易發生流動變形的能力稱為流變性能，直接影響軟固體材料的流動行為。準確地測量和表征材料的流變性能對其生產加工和應用有著極其重要的意義。

在研究被測樣品的流變性能時通常需要用到旋轉流變儀，其通過攪動轉子帶動材料發生剪切變形，根據材料內的剪切應力與剪切變形速率之間的關系曲線可以表征和評估軟固體材料的流變性能。長期以來，在使用流變儀測量軟固體材料流變性能時基于兩個理想假定條件：被測材料被完全剪切以及被測材料與邊界之間無相對滑移，因而認為材料的剪切變形速率與攪動轉子的轉速呈正比。一旦上述兩條基本假定無法同時滿足，根據設定的轉速計算得到的樣品剪切變形速率與實際數值將會存在計算誤差，嚴重影響材料流變性能的準確測量。

研發一套測量裝置，拋開兩項基本假定的限制，準確計算材料的實際剪切變形速率，能夠得到剪切應力與剪切變形速率的真實關系，進而提高軟固體材料流變性能測量結果的準確性和可靠性，可以更準確地指導生產和應用。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種軟固體流變性能的測量裝置及其測量方法，能夠避開試樣剪切變形狀態和試樣與邊界之間相對運動對測量結果的不利影響，基于圖像分析技術計算真實的剪切變形速率，得到剪切應力與真實剪切變形速率之間的關系，準確測量材料的流變性能。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

第一方面，本發明提供了一種軟固體流變性能測量裝置，包括

盛樣圓桶，固定設置且上端開口，用于容納待測軟固體試樣；

攪動轉子，頂端與驅動機構的輸出軸連接，底端向下伸展容納于所述盛樣圓桶內；

圖像采集器，配置于所述盛樣圓桶的正上方并配有輔助照明器，用于采集待測軟固體試樣在所述攪動轉子轉動作用下的剪切流動圖像數據；

控制接收終端，分別與驅動機構和圖像采集器之間連接，用于控制驅動機構和圖像采集器啟停和接收分析處理圖像采集器傳輸的剪切流動圖像數據以獲得剪切流動狀態下的軟固體流變性能。

進一步的，所述攪動轉子由一個圓柱體和連接于圓柱體底端的一個圓錐體組合構成，所述圓柱體的圓柱面上沿周向均勻開設有若干個與圓柱軸線相平行的防滑槽且使所述圓柱體橫截面呈外齒輪形，所述圓錐體的直徑與所述圓柱體直徑相同且具有光滑的側面。

進一步的，所述盛樣圓桶的內側面為粗糙防滑面，用于防止待測軟固體試樣在內側面上發生相對滑移，所述盛樣圓桶的內側面上刻有取樣量標志線。

進一步的，在待測軟固體試樣表面上以攪動轉子為中心設置兩層標記點，兩層標記點分別設置在攪動轉子的外表面和距離外表面以外一定間距的圓環位置上，所述標記點為直徑1mm的白色低密度輕質小球，使用鑷子放置在試樣表面，以使小球和軟固體試樣表面在攪動過程中保持同步運動。