流变测量中温度控制的重要性和建议 

温度控制：加热和冷却

“今天，我想跟大家谈谈温度控制在流变测量中的重要性。要了解温度对样品流变特性的影响程度，只需测试同一个校准过的标准样品在不同温度下的粘度值就可以了。即使两次测量之间温度仅相差 1 ℃，都会导致 7 % 的粘度值变化。因此，地温度控制极其重要。”

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哪种温控设备适合哪个温度范围？

市场上的温控设备可谓五花八门，品种齐全，具体选择何种温控设备，应视测量的温度范围和样品类型而定。

目前，标准温控设备通常采用帕尔贴元件，配合使用适当温度的循环介质，工作温度范围可达到 -40 ℃ 至 +200 ℃。

   表 1 中所建议的温度适用于恒温测量，如果在变温实验中部分  

温度超出所建议的温度范围，可能需要调整恒温循环器的温度。如果恒温循环器能够与流变仪联用，则可通过软件轻松调整恒温循环器的温度。良好的恒温循环器可以延长帕尔贴元件的使用寿命。

帕尔贴元件的加热速率每分钟可高达 60 °C，可以通过热电效应快速准确地加热和冷却样品。不仅加热速度快，更重要的是，还可确保样品在时间内达到相应的温度。

另一种温控方法是使用循环液体温控系统。液体温控系统特别适合室温条件下的测量，不过，其工作温度范围也可达到-20 °C 至 +180 °C，具体范围取决于所使用的液体和恒温器的性能。这种方法变温实验的大加热速率约为 1 ℃/min。

对于需要在高温下测量的样品，可以选择以下系统：

• 电加热控温板与电加热罩联用，可以获得很高的加热速率，温度至高可达 400 °C。

• 对流加热系统，可以获得更高的温度，可达1000°C（请参见图 1）

这两种系统都可以使用液氮将温度冷却到 -150 °C，因而能够测定各种塑料及其他样品的玻璃化转变温度 (Tg)。

图 1：CTD 1000 控温系统（在 1000 ℃ 时打开）

对流加热系统是封闭式系统，可以通过冷热气流控制温度。尽管系统内部的测量温度非常高，但系统外部的隔温罩通过水冷却，不戴手套即可触摸。

新流变仪系统 FRS1600 可以测量温度高达 1600 ℃ 的玻璃熔体或金属熔体。

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设置温度时需要考虑哪些因素？

很多产品对温度的依赖性都很大，这种特性可以通过温度扫描实验确定。温度扫描可以在样品线性粘弹区域内以振荡模式进行测量。测量时应保持 0.5 至 2 °C/min 的恒定加热速率。在此加热速下，大多数样品都有足够时间根据温度变化予以响应。

温度扫描测量时，必须用控温上罩与加热底板联用的方式控温，这样可以确保样品中实现真正无梯度的温度分布。温度扫描测量时还应保持通入恒定流量的干燥空气，以免温度低于 0℃ 时样品周围结冰。（请参见图 2）

如果测量时不使用温控上罩，那么当温度高于室温 10 ℃ 或低于室温时样品中会存在明显温度梯度（请参见图 3）。

图2 控温上罩

图3 不使用温控上罩

温度扫描测量期间测量转子（锥形、平板）和测量下板都会膨胀，因而应始终将在温度扫描范围的中间温度进行零间隙校正。这可以避免测试结束时的间隙与设置的间隙偏差过大。

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显示的温度有多准确？        

您可以执行校准以检查温控设备的度并根据需要加以调整。校准圆筒测量系统时，需要一个经过认证和校准的温度探头；校准平板测量系统时，需要放置一个与样品形状一样的温度传感器。

校准通过软件自动进行。然后，可以储存新测定的校准常数以供温控设备使用。平行板测量所使用的校准传感器外部应涂裹一层导热材料。测量间隙应通过法向力限值进行设置。测量间隙的大小由温度传感器的厚度决定。若要校准圆筒测量系统，可以设定适当的校准标准并将温度传感器放置在样品中。

软件手册中一步一步详细介绍了准确的校准程序。

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应等待多长时间以便样品稳定？

要确保样品已达到所需的测量温度，开始执行温度控制后可能需要等待三分钟左右，以便样品松弛和稳定。这适用于平行板和锥/平板测量系统。

如果使用的是圆筒测量系统，通常应等待五分钟（十分钟更好），以便样品达到设定温度。因为其样品量大，样品需要更长时间才能达到设定温度。此外，圆筒测量系统自身也需要一定的时间才能达到测量温度。

不过，如果样品会发生化学反应，为了测量反应，开始执行温度控制后不等待样品稳定也许更好。如果样品含有快速干燥的溶剂，好也不要等待样品稳定。