前言
屈服應力是指破壞樣品內部結構，使其由靜止狀態轉變為流動狀態的最小作用力。在流變學中，屈服應力是剪切應力的臨界值。隻有當剪切應力超過屈服點之後，材料才能發生流動；應力低於屈服點時，材料表現為彈性體，外力撤銷後，材料能重構其內部結構。
屈服應力是許多實際應用中的一個重要流變參數，在材料的生產過程、裝備的優化設計、材料的施工和使用等方麵扮演重要的角色。它用於描述充填過程中分散性、凝膠穩定性、泵送行為、擠出行為等。通常情況下，屈服應力並不是一個常數，其結果與測試方法、數據處理方法等相關。
利用AMETEK Brookfield RSO震蕩流變儀，可以有多種的測試方法對不同材料的屈服應力進行測試，滿足不同行業的應用需求。
RSO震蕩流變儀
方法與結果
1
剪切應力斜坡掃描（CSS Test， liner）
以剪切應力為自變量，設置線性增長的應力斜坡。該方法獲得的屈服點是指：流體發生流動之前的最大應力值。將剪切應力（y－軸）與剪切速率（x－軸）線性作圖（圖1），流動曲線與y軸的交叉點即為屈服點。
圖1為應力線性掃描獲得的流動曲線圖譜，通過Rheo3000軟件計算得到，屈服應力為：39．6Pa。
圖1：應力斜坡掃描曲線
2
剪切速率斜坡掃描（CSR Test， liner）
以剪切速率為自變量，設置線性增長的速率斜坡。此時，需要通過數學模型（如：Bingham， Casson 或 Herschel－Bulkley）來計算屈服點。
圖2為剪切率掃描曲線，使用Herschel－Bulkley模型進行計算，得到屈服應力為：63．6Pa。
圖2：剪切率掃描曲線
3
剪切應力斜坡掃描（CSS Test， log）
以剪切應力為自變量，設置對數增長的應力斜坡。對於粘彈性材料，當剪切應力值低於屈服點時，樣品發生彈性形變，形變與應力是線性關係，代表材料的線性彈性區間。當應力值超過屈服點之後，應變增加的速率顯著快於應力，曲線的斜率也隨之不斷增加。
將剪切應力（y－軸）與應變（x－軸）繪製對數曲線（log τ ／ log γ），根據圖3可知，曲線中線性部分的拐點即為屈服點。
圖3：應力斜坡掃描曲線（應力 vs 應變）
4
恒定剪切速率（通常小於1 S－1）
設置恒定的剪切率或轉速，使轉子在樣品中以恒定的速率旋轉。在轉動的初期，樣品內部分子的網狀結構僅發生彈性拉伸，此階段樣品表現為彈性體，應力與應變表現為線性相關；當應力增加到某一點後，網狀結構達到彈性極限產生局部破壞，曲線開始彎曲，物料表現為黏彈性體；當達到曲線最高點時，網狀結構完全破壞。最終，剪切應力回落至屈服應力以下。
根據圖4，剪切應力的最高點即可視為屈服點，約為54．9Pa。曲線中線性區域的斜率表現為樣品的彈性模量G，G值越大，樣品的結構強度越大。
圖4：應力 vs 應變曲線
5
振蕩測試 － 應變振幅掃描
除了上述在旋轉模式下進行的測試之外，也可以使用振蕩測試法進行屈服應力測試：固定測試頻率，通過改變應力或應變的方式進行振幅掃描，一般情況下首選控製應變的模式（CSD， controlled shear deformation）。對於粘彈性材料，G＇ 表征其彈性部分，G＇＇ 表征其粘性部分。
如果材料具有屈服點，則屈服點以下發生較小的應變時，儲能模量（彈性行為）占主導作用，並且在一定的應變範圍內，兩種模量均保持在一個恒定的水平，與應變的變化無關。該區間發生的形變為彈性形變，被稱為線性粘彈區間。隨著應變的不斷增加，兩種模量不再保持恒定，此時即為線性粘彈區間的終點，也是屈服點。隨後，樣品的內部結構開始發生不可逆的破壞。如果G＇ 和G＇＇這兩條曲線有交叉點，則可以讀取此時的應力值，作為樣品的流動點。
相對於旋轉測量模式，振蕩測量模式的優勢在於：可以同時表征材料的粘性行為和彈性行為，以及二者之間的動態變化過程。
圖5：應變振幅掃描曲線
附言
AMETEK Brookfield作為世界上知名的儀器生產商，一直致力於為廣大用戶提供質量穩定可靠，測量精確度高，測量重複性好的產品。RSO流變儀是Brookfield全新推出的高性能震蕩流變儀。該儀器配備空氣軸承，可以實現旋轉測量和振蕩測量，是進行質量控製、產品開發和研究的理想工具。
END
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