在高分子材料研發(fā)、橡塑加工等領(lǐng)域,
轉(zhuǎn)矩流變儀是評估材料加工性能的核心設(shè)備,而扭矩與粘度則是測試中最關(guān)鍵的兩個技術(shù)參數(shù)。二者既存在緊密的內(nèi)在關(guān)聯(lián),又有著不同的物理意義,準確理解其本質(zhì)與互動關(guān)系,是解讀測試數(shù)據(jù)、優(yōu)化材料配方與加工工藝的基礎(chǔ)。
從物理定義來看,扭矩體現(xiàn)的是“力的作用效果”,在轉(zhuǎn)矩流變儀測試中,它特指儀器轉(zhuǎn)子在材料內(nèi)部轉(zhuǎn)動時,受到的阻礙力矩大小,單位通常為N?m或kgf?cm。這種阻礙力直接來源于材料分子間的內(nèi)摩擦——當(dāng)轉(zhuǎn)子攪動材料時,材料分子鏈的纏繞、滑移會產(chǎn)生對抗轉(zhuǎn)子運動的阻力,阻力越大,扭矩數(shù)值越高。例如,在測試熔融態(tài)塑料時,若材料分子鏈越長、交聯(lián)程度越高,分子間內(nèi)摩擦越強,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動受阻越明顯,扭矩曲線便會呈現(xiàn)更高的峰值。

粘度則反映的是“材料自身的流動特性”,是衡量流體(包括熔融態(tài)高分子材料)抵抗流動能力的物理量,單位為Pa?s或cP。它是材料的固有屬性之一,僅與材料成分、溫度、壓力等狀態(tài)相關(guān),與測試設(shè)備的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)等外部條件無直接關(guān)聯(lián)。簡單來說,粘度越高的材料,流動越困難,如常溫下的瀝青粘度遠高于水;而當(dāng)材料溫度升高時,分子熱運動加劇,分子間作用力減弱,粘度會隨之降低。
在轉(zhuǎn)矩流變儀測試中,扭矩與粘度通過特定的測試條件建立起定量關(guān)聯(lián)。根據(jù)流變學(xué)基本原理,在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定的前提下,材料粘度與測試得到的扭矩呈線性正相關(guān)——粘度越高,轉(zhuǎn)子受到的阻力矩(扭矩)越大。這是因為儀器的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)(如直徑、剪切間隙)和轉(zhuǎn)速預(yù)先設(shè)定后,剪切速率成為固定值,此時扭矩的變化可直接反映粘度的波動。例如,當(dāng)測試某種橡膠材料時,若扭矩隨測試時間逐漸上升,可推斷材料在加工過程中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),導(dǎo)致粘度增大,流動性變差。
需要注意的是,扭矩與粘度的關(guān)聯(lián)僅在特定測試條件下成立。若改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(即改變剪切速率),即使是同一種材料,扭矩數(shù)值也會發(fā)生變化,但粘度可能保持不變(對于牛頓流體)或隨剪切速率變化(對于非牛頓流體,如大多數(shù)高分子材料)。因此,在通過扭矩數(shù)據(jù)推算粘度時,必須嚴格固定測試參數(shù),確保數(shù)據(jù)的可比性與準確性。