流变学(Rheology)或动态力学分析(Dynamic Mechanical Analysis, DMA)是研究物质变形和流动的科学。
上世纪80年代以来,这种技术就已经被广泛的应用在研究黏弹性和感压胶黏剂(压敏胶)性能之间的相关性,譬如压敏胶的剥离力、初黏力和持黏力。
几乎所有的聚合物都是兼具黏性(能量耗散)和弹性(能量储存)行为的黏弹性材料。
这些行为可以很容易地透过流变仪或动态力学分析仪来测定(图4-1-1)。

图4-1-1: Rheometrics RDA2, 应力控制流变仪
事实上,也没有任何其他的分析仪器可以用来检测材料的黏弹性。
就仪器方面来说,流变仪能够对材料施加可控制的应变或应力正弦波
由此测定复数扭矩(τ*)或复数模量(G*),以及应变-应力正弦波之间的相位角δ(图4-1-2)。

图4-1-2:材料的应力-应变曲线
复数模量(G*)是G’ 和 G”的向量和。

从流变仪检测到的参数可以根据所选择的夹具几何形状和实验条件计算出G’(弹性模量)、G”(黏性模量)和Tanδ(G”和G’的比值,阻尼因子)。
下面是主要流变学性质的定义和数学方程式。示意图如图4-1-3。
✦ 弹性模量(G’)代表材料的弹性储能能量。
✦ 黏性模量(G”)代表材料的耗散能量—这些能量通常是透过热的形式耗散的。
✦ 损耗因子Tanδ(G”/G’)指的是材料黏性和弹性行为的相对重要性。

4-1-3: 黏弹性示意图
数学方程式:
G* = G’ + iG”
或(G*)² =(G’)² +(iG”)²
Tanδ = G”/G’

图4-1-4:时温迭加原里
根据时温迭加原理(Time-Temperature Superposition),一个相同的材料在较低温度下得到的流变性质和用较高频率或较短时间测得的流变性质基本上是相同的。

图4-1-5:时温迭加原理
同理,较高温度下得到的流变性质也和较低频率或较长时间条件下测定的流变性质一样(图 4-1-4,图4-1-5)。
在实际的应用中,单次试验使用很长的时间或以非常低的频率来测定压敏胶的流变行为是非常耗时且不实际的
因此,大部分压敏胶的流变性测试都以一个固定的中等频率进行温度扫描,
最常的频率是10弧度(radian)/秒(或1.59 Hz)。另外以0-3分钟的「浸泡」(soaking)时间用来稳定测试环境和被测压敏胶的温度。
以此测试条件,大部分热熔压敏胶的温度扫描试验都可以在一个小时以内完成。
根据时温等效原理,以温度扫描试验的结果可以转换成为频率或时间扫描测得的结果。
从上世纪80年代以来,已经有很多研究论文讨论流变性质和压敏胶性能之间的相关性。图4-1-6列举了流变学性质和主要胶黏性能之间的相关性。

图4-1-6:流变学性质和主要胶黏性能之间的相关性
在后面的文章中,我们将逐项讨论如何有效利用这些相关性来设计和开发最优性能的热熔压敏胶配方。


