使用直剪流变仪进行应力控制流变实验通常涉及以下步骤:
一、实验准备
1.仪器检查与校准
检查直剪流变仪的各个部件是否完好,包括剪切盒、传感器、加载装置等。确保仪器的连接正常,电气系统没故障。
对仪器进行校准,这是确保实验数据准确的关键。校准内容包括载荷传感器的校准、位移传感器的校准等。通过施加已知的标准载荷和测量相应的传感器输出,建立准确的校准曲线,以便在实验中将测量信号转换为实际的物理量。
2.样品制备
根据实验要求准备合适的样品。对于土壤样品,需要采集具有代表性的原状土样或经过重塑的土样。如果样品中含有较大的颗粒或杂质,可能需要进行筛选或预处理,以确保样品的均匀性和适用性。
对于其他材料(如食品、聚合物等),需要按照相应的标准或实验要求制备成合适的形状和尺寸,以适应剪切盒的尺寸和实验条件。例如,将食品样品制成一定直径和高度的圆柱体,将聚合物材料切割成合适的尺寸并放置于剪切盒中。
3.装样
将准备好的样品小心地放置于剪切盒的中心位置。对于土壤样品,要注意保持其初始的结构和含水量。在装样过程中,避免对样品造成过度的扰动,以免影响其原始的物理状态。
确保样品表面平整,与剪切盒的上下边界紧密接触,以保证在实验过程中剪切力能够均匀地作用在样品上。
二、直剪流变仪的实验过程
1.预加载与调零
在正式实验开始前,对样品进行预加载,使样品与剪切盒、传感器等部件充分接触,消除可能存在的间隙或松动。预加载的应力值一般较小,且要保持一段时间,以确保样品达到稳定的初始状态。
进行调零操作,将传感器的初始读数归零。这一步可以消除仪器本身的初始偏差,确保实验数据的的准确性。
2.施加应力并记录数据
按照设定的加载速率和应力范围,启动直剪流变仪开始施加应力。仪器会在实验过程中实时测量样品的应变,并通过传感器将应力和应变数据传输到计算机。
在实验过程中,密切观察样品的变化情况。对于土壤样品,可能会观察到剪切面的形成和发展;对于食品样品,可能会出现流动、变形或破裂等现象;对于聚合物样品,可能会看到熔体的流动或弹性变形等。同时,注意记录任何异常情况,如仪器故障、样品滑移等。
3.达到设定应力后保持或卸载
当应力达到设定的最大值后,根据实验要求选择保持应力一段时间或直接卸载。如果需要研究样品在长期应力作用下的性能变化,如蠕变行为,则保持应力不变;如果只是获取样品的应力 - 应变曲线,一般在达到最大应力后即可开始卸载。
卸载过程要缓慢且稳定,避免对样品造成额外的冲击。在卸载过程中,同样要记录应力和应变数据,直到恢复到初始状态。
