美国TA仪器公司ARES-G2流变仪

美国TA仪器公司ARES-G2流变仪是用于材料研发最为高端的流变仪。ARES-G2为流变学而生,真正的直接应变控制,拥有分离式形变驱动电机和扭矩/力平衡传感器,能独立精确量测应力和法向力,正因为与其他流变仪相比ARES-G2测量更精准性才被流变学界公认为工业标准。

美国TA仪器公司ARES-G2流变仪平台无可比拟的特色如下:

无与伦比的数据精确性

无可匹敌的应变控制和新型应力控制

全面整合快速数据采集模块

控制电路采用分离式设计

新型智能识别环境系统

专利主动控温技术

功能强大的TRIOS控制分析软件

超前的大振幅振荡(LAOS)和二维小振幅振荡(2D-SAOS)模式

新颖的动态力学分析模式允许执行固体拉伸、压缩和弯曲测试

目前还没有任何一台流变仪可与之相比拟

美国TA仪器公司ARES-G2流变仪技术参数

力/扭矩平衡传感器(样品应力直接量测)

驱动电机(样品变形直接控制)

正交叠加和动态力学分析模式

步阶电机

温度系统

美国TA仪器公司ARES-G2流变仪测试模式

振荡测试

振荡测试是测量材料黏弹性能最常用的测试方法。材料的黏弹特征可通过施加一个正弦应变(或应力)刺激并量测响应的正弦应力(或应变)以及两个正弦函数的相位差(刺激和响应)获得。若相位差为0,则意味着材料为纯弹性(应力和应变同相位);而相位差为90°则意味着纯黏性。黏弹材料的相位差依赖于形变速率介于两种理想情况之间。右图描述了这些正弦响应以及获得的黏弹参数。黏弹参数可以对形变振幅、频率、时间和温度变化进行测量。

振荡频率扫描

在频率扫描中,温度和应变恒定,考察的是黏弹性能对频率的关系。右图展示的是线性均聚物的动态模量对频率黏弹特征谱。由于频率是时间的倒数,因此,曲线显现出时间依赖的力学响应;短时间尺度(高频)对应固体行为特征而长时间尺度(低频)则对应液体行为特征。动态模量的大小和曲线形状特征则与分子量相关。频率扫描通常在0.1-100rad/s有限的频率范围进行,通过对一系列温度下的频率扫描结果进行时温等效叠加(TTS)可以大大扩展频率范围。

振荡应变扫描

在振荡应变扫描中,温度和频率恒定,考察的是黏弹性能对应变的关系。应变扫描主要用来确定材料的线性黏弹区。只有在线性黏弹区内测试才能得到有效的结构与性能关系,这是因为这种情况下材料中的分子不会远离平衡位置所得到的响应才是内部动力学真实的反映。图中数据是聚异丁烯溶液(SRM2490)使用椎板夹具所做的应变扫描。在临界振幅以下的小应变区,即线性黏弹区内,动态模量不依赖于振幅。一旦超过了临界应变,表现出非线性黏弹行为,模量随振幅增加而降低。除了基频黏弹性能外,ARES-G2还可收集高倍频信息。

振振荡连续变温和阶梯变温

通过测量黏弹性能对温度关系探测α转变/玻璃化转变温度(Tg)非常敏锐有效,除此之外,还可以探测β甚至是γ等次级转变。

在连续变温测试中通常应用线性变温速率,典型的变温速率为1-5℃/min,使用一个或多个频率,施加线性黏弹区振幅。用户可自行设定采点时间间隔。右图使用扭摆夹具测试聚氨酸酯振荡连续变温的结果。转变温度可以通过储能模量G’的起始转变点或者损耗模量G”、损耗正切tan δ的峰确定。

在阶梯变温测试中,温度按阶梯改变。在每一个恒温段需要等待或平衡一段时间以保证样品内部温度均匀。施加的振幅需控制在线性黏弹区,应用的频率可以是一个或多个。该测试模式常被用来做时温叠加实验。获得的黏弹数据还可以进一步使用TRIOS计算模块得到分子量分布信息。

振荡时间扫描

振荡时间扫描是温度、应变和频率恒定不变,考察黏弹性能随时间变化。振荡时间扫描的重要性在于可以跟踪材料结构对时间变化的动力学过程。可用于考察固化过程、疲劳测试、结构重建等其他与时间相关的过程。右图是使用可抛弃夹具跟踪环氧树脂固化的结果,可以看出,凝胶化时间约5分钟。固化开始时,树脂还表现为液体行为,因此,储能模量小于损耗模量。随着固化进行,两个模量开始变大,凝胶化后树脂流动性丧失,储能模量开始大于损耗模量,材料变硬。