流变学测试（下篇）

2、振荡测试

振荡测试也叫动态剪切测试，通过设定频率f（Hz）和振幅（应变γ或应力τ）的往复运动，研究材料的流变特性，分为应力控制模式（CSR）和应变控制模式（CSS）：CSR通过施加扭矩（M，μNm）来达到所需的剪切应力值（τ，Pa），测量偏转角（θ，rad）或应变（γ，%）；CSS则反之。测试核心变量为振幅（应力或应变）和频率，通过调整变量参数来达到不同测试目的。

测试结果中，储能模量G'、G''反映材料弹性储能能力，损耗模量G'' 表征能量耗散，当G'> G''时材料呈固态特性，G'< G''时接近液态。

2.1 动态振幅扫描模式

在恒定温度、恒定频率下，以振幅（应变或应力）为变量，绘制应变或应力与G'、G''的关系曲线。此测试常用于凝胶强度、线性黏弹区、流动点、稳定性等方面的分析。如图6，当应变低于3%左右时，样品处于线性粘弹区。应变进一步增高，样品逐渐被破坏，最后无法维持自身形状。

图6 样品性能随应变变化的流变曲线图

2.2 动态时间扫描模式

在恒定应变（应力）、恒定频率、恒定温度下进行测试。随着时间变化，样品本身会产生某些变化，如氧化、分解、聚合、凝胶等。该测试通过流变参数的变化，可以把样品的变化过程反映出来。如图7所示，当储能模量（G'）=损耗模量（G''）时，溶液变成凝胶状态。

图7 样品性能随时间变化的流变曲线图

在这个模式下，还可以设置应变（应力）、恒定频率的交替阶梯应变，用于测试样品的可逆性。如图8，分别取样品在线性粘弹区内以及样品完全被破坏的应变或应力作为两个阶段的剪切应力/应变值，测试动态共价键水凝胶的自修复过程。

图8 触变性流变图

2.3 动态频率扫描模式

在恒定温度、恒定小振幅（应力或应变，在线性粘弹区范围内）下，以频率为变量（线性变化Liner或对数变化Log）进行测试。此测试对于高聚物加工的过程（如挤出、注射工艺等）和研究聚合物分子结构信息（如松弛时间谱、分子量、分子量分布等）的十分有效。如图9所示，分别是交联30min后和交联12h后样品的流变性能，随交联时间增加，样品储能模量有所上升，且对频率的依赖性降低，表明随交联时间延长，交联结构更加稳定，网络破裂难度增大。

图9 样品性能随频率变化的流变曲线图（ 横坐标为频率；单位Hz）

2.4 动态温度扫描模式

分斜坡（连续变温）和梯度（阶梯变温）两种模式，在恒定小振幅（应力或应变，在线性粘弹区范围内）和恒定频率下，通过监测G'、G''随温度变化的情况，研究材料软化、熔融、凝固、结晶、分解、化学反应等变化。

图10 样品性能随温度变化的流变曲线图

3、蠕变回复测试                                                                                  

蠕变回复测试是确定流体黏弹性行为的静态实验方法。它可以用非破坏性手段测定黏弹性物质的黏性和弹性部分，还可以确定被测样品在极低剪切速率下的零剪切黏度、模拟沉淀、流挂、坍塌等现象。

该测试是通过对样品施加一段时间的恒定应力，再撤去应力，记录应变随时间的变化。弹性恢复率等指标可反映材料内部结构稳定性与可恢复性。