拉伸流变测试平台-CaBER1

一、仪器简介

理解流体的拉伸行为对工业和基础研究都很重要。含有强拉伸成分的复杂流动在工业加工和应用中广泛存在，例如挤出流动、涂敷流动、压缩流动以及纤维纺丝流动等。同剪切流动相比，大多数材料拉伸流动显示很不同的反应。CaBER1拉伸流变仪，基于俄罗斯科学家由Entov， Rozhkov 及其团队在毛细管断裂流变学的研究成果，由CPG开发，Thermo Haake 制造生产而成，是当前唯一适用于量化液体或半固体拉伸特性的拉伸流变仪，可轻松对半固体和液体的拉伸特性进行量化。通过CaBER1拉伸流变仪分析材料形成细丝及断裂的时间，可提供关于材料物理特性的宝贵信息，这是旋转流变仪无法做到的。

CaBER1拉伸流变仪特色如下：

• 第一台商业化测量流体拉伸性能的流变仪，与旋转流变仪互补

• 电脑操控，操作与使用便捷

• 测试样品易添加与清理

• Class 1 激光千分尺

• 可变速的线性马达

• 自动重复测试功能

• 封闭的温度控制样品腔

• 测试夹具可切换

• 用户可设定应变

• 消耗测试样品量少（< 1 ml）

二、仪器配件

1）高速摄像机

高速摄像机模块可对样品的拉伸过程进行动态拍摄，结合CaBER1测试数据，更便于数据分析。

2）法向应力传感器

法向应力传感器可对样品拉伸过程中法向应力的变化进行定量测量。

三、主要技术参数

1）CaBER1

Hencky 拉伸形变	最高 ε0= 10
施加拉伸形变速率范围	0.01 <拉伸形变速率< 300 s-1
流体拉伸形变速率范围	10-5 < 拉伸形变速率< 10 s-1
剪切粘度范围	10-106 mPa s
测试平板直径	Dplate=4mm、6mm、8 mm
丝直径分辨率	10μm
测量温度范围	5-80 ℃
系统响应时间	10 ms

2）高速摄像机

分辨率	1280*1024像素，130万像素
最短曝光时间	2μs
图像拍摄速率	500fps@1280*1024像素，全分辨率 1200fps@800*600像素 2000fps@512*512像素 6500fps@256*256像素
灰度值	8-bit dynamic range/24bit 彩色
快门速度	1μs

3）法向应力传感器

法向应力分辨率	0.05mN
时间分辨率	0.2ms

四、测试模式

将少量样品(< 1 ml) 放置于两个圆形平板测试夹具中，上平板以实验人员设定的拉伸应变速率迅速与底板进行分离，从而对液体样品施加一个瞬时的拉伸形变形成不稳定的液体细丝。当拉伸过程停止后，细丝中部的流体发生拉伸应变速率的变化，该速率由样品本身的性能决定。激光千分尺测量不断变细的细丝中部的直径对应时间的关系。采用软件中模型拟合分析可以量化表面张力、粘度、质量传递以及弹性之间相互作用。经过实验数据分析及模型拟合对比可以快速地确定以下参数：粘度、表面张力、弹性、松弛时间以及细丝的断裂时间。同时，结合高速摄像机模块和法向应力传感器，可以获得样品拉伸过程的动态图像和拉伸过程中法向应力的变化。

图1 聚合物溶液拉伸过程中纤维直径随时间的变化（出处：The impact of extensional viscosity on oil displacement efficiency in polymer flooding）

图2 蜂蜜拉伸过程中的法向应力变化（出处：Extending the Capabilities of the CaBER with Highly Sensitive Force Measurements）

五、测试对象

可用于聚合物溶液、悬浮液、胶黏剂、乳液及一系列材料的分析与表征。可应用于粘合剂、食品、消费品、工业树脂、打印机油墨等工业领域。