一、测试简介

流变性能测试是研究材料在应力、应变、温度、时间等物理场的作用下的流动和变形行为的实验方法。研究的主要对象是流体的流动行为、半固体的黏弹性以及固体的变形等。通过流变性能测定，可以了解材料的流变特性，如黏度、弹性、屈服应力等，为材料、化学、生物学等领域的研究提供重要数据。

旋转流变仪是研究材料流变学性能应用最广泛的仪器之一，其工作原理是依靠旋转运动来产生简单剪切，采用对样品施加强制稳态速率载荷、稳态应力载荷、动态正弦周期应变载荷或动态正弦周期应力载荷的方式，观测样品对所施加载荷的响应数据；通过测量剪切速率（，1/s）、剪切应力（τ，Pa）、振荡频率（f，Hz）、应力应变振幅（γ，%）等流变数据，计算样品的黏度（η，Pa s）、储能模量（G’，Pa）、损耗模量（G”，Pa）等流变学参数。

图1 流变学基础参数

二、测试模式

旋转流变仪测试模式主要可分为旋转测试、振荡测试和蠕变回复测试。

1、旋转测试

旋转测试是旋转流变仪最常用的测试模式之一，也称为稳态剪切模式，它使用连续的旋转来施加应变或应力，以得到恒定的剪切速率，在剪切流达到稳定时，测量由于流动形变产生的扭矩。主要包含剪切速率控制（CR）和剪切应力控制（CS）两种模式：CR模式设定恒定或变化的旋转速度或剪切速率，测量扭矩或应力；CS模式则相反。该测试用于研究流体流动性，可获取流动曲线、黏度曲线、黏温曲线、屈服应力、触变性等信息。

1.1 旋转时间扫描模式

在恒温及恒定剪切速率/应力下，监测样品黏度随时间的变化，如图2，样品剪切粘度随储存时间增加而减小。此外，也可以通过设置高低剪切速率/应力交替变化，测试样品的触变性。例如，图3为墙面漆在不同条件下的测试结果，在去除剪切作用后，其结构会立刻恢复，表现出较高的触变性及高剪切下的低粘度。

图2 剪切粘度-时间流变曲线图

图3 剪切恢复流变曲线图

1.2 旋转连续扫描模式

在恒定温度下，设置剪切速率/应力在一定范围内呈线性或对数变化，观察样品应力的变化，可以得到样品黏度随剪切速率/应力的变化曲线。根据样品黏度在旋转测试中的特点，通常可把流体分为三类，即牛顿流体、假塑性（剪切变稀）流体和胀塑性（剪切增稠）流体（图4）。

图4 牛顿流体（1）、假塑性流体（2）、胀塑性流体（3）的流动曲线和粘度曲线

1.3 旋转步阶扫描模式

在恒定温度下，设置剪切速率（CR）或是剪切应力（CS）在一定范围内步阶变化（线性变化Linear或对数变化Log），可以观察样品在此剪切速率/应力范围内的黏度。

1.4 旋转温度连续扫描模式

在恒定剪切速率（CR）或剪切应力（CS）下，设置温度在一定范围内逐渐变化（线性变化Linear或对数变化Log），可以观察样品黏度随时间的变化曲线，如图5。

图5 样品粘度-温度变化曲线

1.5 旋转温度步阶扫描模式

在恒定剪切速率（CR）或剪切应力（CS）下，设置在一定范围内步阶变化（线性变化Linear或对数变化Log），可以通过观察流动曲线中剪切应力随剪切速率的变化，判断样品在此剪切速率范围内的黏度。