流變儀是一款在科研和工業領域極為重要的材料表征工具。

一、 流變儀主要測什么？

簡單來說，流變儀測量的是材料的流動和變形行為，即“流變性”。它回答的核心問題是：當材料受到外力時，它會如何響應？

它測量的不是單一參數，而是一系列揭示材料內在特性的物理量：

粘度： 衡量材料抵抗流動的能力。例如，蜂蜜的粘度高，水的粘度低。

模量： 衡量材料抵抗變形的能力（彈性）。例如，橡膠的模量高（不易拉長），面團的模量低（易變形）。

屈服應力： 使材料開始流動所需的最小應力。比如，番茄醬需要你先用力搖晃（超過屈服應力）它才會流出。

觸變性： 材料粘度隨剪切時間和剪切速率變化的性質。油漆是典型觸變性材料：刷涂時（高剪切）變稀，靜止后（低剪切）變稠。

總而言之，流變儀用于量化材料的力學性能，判斷它是更像液體、更像固體，還是二者兼有之（粘彈性）。

二、 原理與使用

流變儀的測量原理基于一個核心概念：對樣品施加一個可控的應力或應變，并精確測量其產生的響應。

1. 核心原理

基本模型：

胡克彈性固體： 應力與應變成正比（像彈簧）。變形可恢復。

牛頓粘性流體： 應力與應變速率成正比（像阻尼器）。變形不可恢復。

實際材料： 大多數材料（如聚合物、食品、化妝品）同時具有彈性和粘性，稱為粘彈性材料。

測量幾何系統： 樣品被加載在兩個部件之間，通過控制其中一個部件的運動來施加應力/應變。常見的有：

平行板： 適合中低粘度流體、軟固體。

錐板： 能提供均勻的剪切速率，適合絕對粘度測量。

同軸圓筒： 適合低粘度液體、懸浮液。

2. 主要測量模式（操作方式）

流變儀通過執行不同的“測試模式”來獲取材料的各種性能參數，這構成了其主要的使用方法。

測量模式施加條件測量響應主要獲得參數通俗比喻

旋轉/穩態剪切施加一個恒定的剪切速率材料產生的剪切應力粘度用不同的速度攪拌醬料，感受阻力大小

振蕩/動態剪切施加一個正弦波形式的微小應變材料產生的應力及其相位差粘彈性模量（G', G''）輕輕晃動果凍，觀察它如何彈回和流動

蠕變測試施加一個恒定的應力材料隨時間的應變變化柔量、屈服應力在牙膏上放一枚硬幣，看它多久會塌陷

應力松弛測試施加一個瞬時的應變并保持材料內部的應力隨時間衰減的過程松弛模量拉伸一根橡皮筋后固定長度，感受拉力的逐漸減小

3. 典型使用流程

樣品準備與加載： 根據樣品性狀（液體、膏體、固體）選擇合適的測量夾具（如平行板）。將樣品精確加載到夾具上，注意避免引入氣泡。

溫度控制： 設定并等待測試溫度穩定。溫度對流變性能影響極大，因此溫控系統至關重要。

選擇測試模式與方法編輯： 在電腦軟件上選擇上述的一種或多種測試模式，并設置參數（如剪切速率范圍、振蕩頻率、應力大小等）。

執行測試： 啟動測試，儀器自動運行并收集數據。

數據分析： 使用軟件對獲得的曲線（如流動曲線、粘度曲線、模量曲線）進行分析，解讀材料的流變特性。

三、 基本應用

流變儀的應用極其廣泛，幾乎覆蓋所有涉及材料研發和生產的領域。

行業/領域應用舉例具體測量目的

高分子材料/塑料聚合物熔體、塑料、橡膠優化加工條件（注塑、擠出），評估分子量和分布，研究固化過程。

食品工業巧克力、醬料、酸奶、面團控制口感、穩定性、涂抹性，研究淀粉糊化、蛋白凝膠化過程。

化妝品/個人護理乳液、膏霜、洗發水、牙膏設計理想的膚感（易涂抹、不滴落），評估懸浮穩定性，確定泵出性能。

涂料/油墨油漆、油墨、粘合劑確保良好的流平性、抗沉降性，并具有合適的刷涂或印刷粘度。

制藥藥膏、凝膠、混懸劑保證藥物質地均勻、易于涂抹或注射，控制活性成分的釋放。

水泥/建材水泥漿、陶瓷漿料預測澆注和成型性能，防止離析，優化添加劑配方。

生物材料細胞支架、水凝膠模擬體內力學環境，研究材料與細胞的相互作用。

能源/電子電池漿料、導電銀膠優化涂布工藝，確保成分均勻分布，防止沉降。

流變儀超越了簡單的“粘度計”，它能全面揭示材料在不同條件（應力、應變、時間、溫度）下的復雜力學行為。通過將宏觀的力學響應與材料的微觀結構（如分子鏈纏結、顆粒相互作用）聯系起來，流變學測量成為產品設計、工藝優化和質量控制的強大工具。