大国重器，为国铸剑｜保圣流变仪：从一台仪器，到一条自主的材料表征链

大国重器，为国铸剑｜保圣流变仪：从一台仪器，到一条自主的材料表征链

2020 年，保圣高端流变仪上市。六年后，它的下一代机型已经站在西北工业大学的实验室里，也站在中国航天集团下属单位的测试台上。

从一台样机，到一个能覆盖熔体、软固体、凝胶、复合材料的产品谱系，中间隔着五六年。这五六年里，团队做的事听起来很枯燥：换轴承、换传感器、改夹具、调算法、把一条曲线重复一千次。但正是这些枯燥的事，让材料的每一个数字，都可以被写进型号设计的材料库。

保圣 RH-30 空气轴承旋转流变仪

一、重器的骨肉，是材料

大国重器，听上去是钢铁、是发动机、是划破长空的那一道尾迹。但把这些东西一层层拆开，最后剩下的全是材料：叶片的合金、壳体的复合材料、密封件的橡胶、结构胶的固化层。

材料决定设计余量。设计余量决定一个型号能不能飞、能飞多久、敢不敢在极限工况下反复用。

而材料性能的每一个数字，都要有人去测。测不准，余量就只能往保守里放；测不全，很多问题要等到装配、甚至等到试飞才暴露。

流变仪做的就是这样一件事。它把材料在受力与受热时的流动和变形，变成一条可以复现的曲线：黏度随剪切速率怎么走，有没有触变性，储能模量 G′ 与损耗模量 G″ 在升温过程中如何交叉，经历温度循环之后结构还剩多少。

一块复合材料的树脂，固化窗口有多宽，直接决定铺层工艺能不能稳定；一种密封材料，在长期受压下会不会持续蠕变，决定它是十年一换还是三年一换；一支结构胶，触变性强一点还是弱一点，决定它是立在缝里还是流到缝外。这些问题的答案，都在流变曲线上。

连同电脑都需要配置国产化

二、五六年，从「能用」走到「敢用」

上海保圣实业发展有限公司成立于 2012 年，做的是精密分析仪器。质构仪、电子鼻、电子舌这些产品先一步跑通了研发与装配体系，2020 年，高端流变仪上市。

从那时起，流变仪这条产品线走了三代：RH-10 用机械轴承，RH-20 做旋转模式的稳定化，RH-30 换成空气轴承，并补齐了振荡、蠕变与恢复、应力松弛、法向应力测量，以及线性压缩振荡与旋转的叠加测试。

三代之间改的不是外壳。轴承换掉，是为了把摩擦带来的背景噪声压下去——被测信号本身就很微弱的时候，仪器自己的噪声就是最大的误差源。传感器与光学编码器升级，是为了在更宽的范围内把偏转角、扭矩、间隙读准。夹具与温控模块补齐，是为了让真实的样品能装得进去：从低黏度溶液到高填充体系，从零下二十度到三百度。

国产仪器最难的一步，从来不是把曲线画出来。是让这条曲线换一个人、换一间实验室、换一批样品，还能重复出来。

样品装样与夹具配合：曲线之前的那一段，往往比曲线本身更影响结果

这也是保圣交付流程里最花时间的一段。工程师上门，不只是开机、联机、点一遍软件，而是围绕用户手上的真实样品，把方法一起过一遍：装样量多少、间隙设多少、剪切速率取到哪一段、边缘余料要不要修、硅油封不封。方法对了，数据才有可比性；数据可比，长期跟踪才有意义。

对标标准粘度标准油测试粘度稳定性测试

三、空气轴承之后，为什么还要做磁悬浮

空气轴承把转动件的摩擦降到了接近无接触的程度，这是高端流变仪的入门门槛。再往上走，要解决的是轴向定位的稳定性——轴承在垂直方向上的微小漂移，会被法向力传感器放大成噪声，也会限制后续功能的叠加。

磁悬浮轴承的思路，是用磁场把轴向支撑做在非接触、可主动控制的通道上，进一步压低漂移与摩擦。对保圣来说，这条路线既是精度上的下一步，也是功能上的下一步：动态热机械分析（DMA）需要在同一套机架上做上下方向的交变受力，轴向的稳定性不够，DMA 的数据就站不住。

所以这不是一条为了参数好看的路线。它是把「一台流变仪」变成「一台能同时做流变与动态力学的仪器」的硬件前提。

RH-30 的测量头与夹具接口：轴承、传感器与编码器都收在这一段结构里

四、一台流变仪，不够

同一份材料，在不同阶段要用不同的尺子。熔体在螺杆里被剪切，要看毛细管口模下的高剪切黏度；树脂固化后成了硬质样条，要看它的玻璃化转变与阻尼；中间那些凝胶、膏体、软固体，才轮到旋转流变仪。三把尺子量出来的是同一件事的三个侧面，口径对不上，数据就没法接。

这六年里，保圣把这几把尺子做进了一条产品线。

产品 / 机型	关键能力	典型场景
RH-30 空气轴承旋转流变仪	旋转（控制速率 / 控制应力）、振荡（控制形变 / 控制应力）、蠕变与恢复、应力松弛、法向应力、线性压缩振荡与旋转叠加；温控模块可选配	聚合物熔体与溶液、凝胶网络、软固体、温敏体系，从常温到高温的黏弹表征
RH-20 旋转流变仪	控制速率与控制应力的旋转测量，动态黏度与剪切稀化行为	涂料、油墨、乳液、悬浮液，食品与药品体系的常规流变
DMA-10 动态热机械分析仪	-170℃～600℃ 宽温域、最大 50N 推拉力、0.001～100Hz；三点弯曲、单 / 双悬臂、拉伸、压缩、剪切夹具	玻璃化转变温度 Tg、阻尼、固化交联动力学、动态疲劳；复合材料、橡胶弹性体、薄膜与纤维
CR-30 毛细管流变仪	高剪切速率下的熔体黏度、流动曲线与挤出行为	高分子加工窗口、纺丝与注塑工艺模拟
挤出流变仪（在研）	模拟真实挤出工况下的流动与压力响应	配混、挤出成型与工艺放大
磁悬浮流变仪（在研）	以磁悬浮支撑替代或叠加空气轴承，进一步压低背景噪声与轴向漂移	超软材料、微弱信号体系与长时间稳定性测试

其中 DMA 与毛细管流变仪已经不是图纸上的东西。DMA-10 覆盖 -170℃ 到 600℃ 的整机温区，液氮与空气两套制冷，配三点弯曲、单双悬臂为标配，拉伸、压缩、剪切按样品形态选配；毛细管流变仪 CR-30 走的是另一条路——把料筒加热到熔融，用柱塞按设定速度把熔体从毛细管口模挤出去，测入口压力，换算成不同剪切速率下的剪切黏度。

毛细管那一路的量程，比旋转流变仪高出一到两个数量级。挤出、注塑、纺丝这些真实加工过程，剪切速率恰恰落在那个区间。没有它，实验室里的曲线和车间里的工况之间，总要隔一层推测。

保圣 DMA-10 动态热机械分析仪：双立柱对称机架、集成触控屏与可更换夹具系统

保圣 CR-30 毛细管流变仪：面向高剪切速率下的熔体流动与挤出行为

五、「自主研发」这四个字，难在哪

流变仪不是一台简单的机器。它由三层构成：机械层是机架、轴承、夹具与温控；电子层是扭矩与法向力传感器、角位移编码器；软件层是控制、采集、算法与报告。

核心器件全球采购，是行业里的常态，保圣也一样。传感器、编码器这类元件，全世界能做好它们的厂家本来就不多。真正拉开差距的，是另外两件事：一是选型与匹配——同样一颗传感器，装在哪一段结构上、怎么补偿温度、怎么标定，决定了它最终能给出多少有效分辨率；二是整机与算法——测试模式怎么组织、数据怎么去噪、报告怎么做到可追溯。

所以「自主研发」在保圣这里，指的是结构、装配、控制、算法、夹具这一整条链自己做，而不是每一个零件都自己造。国内能把这条链走完、并且做成产品谱系的厂家并不多，保圣是其中之一。

这条链也不是闭门造出来的。江南大学食品学院连续两届把保圣列为董事会董事单位，从 2020 年第一台质构仪进校，到电子鼻、电子舌、流变仪陆续进入实验室，高校提出的是最苛刻的需求：样品形态复杂、方法没有先例、数据要经得起审稿人复核。这些需求被带回研发端，变成夹具结构、算法和分析方法的改动。高校提需求、企业做迭代，这是国产仪器能一点点追上来的现实路径。

六、家国情怀，落在交付清单上

「为国铸剑」这句话，放在仪器行业里，不太适合喊成口号。仪器不响，它只是安静地立在实验室一角，屏幕上一条线慢慢爬。它能做的，是把该测的测准，把该留的留下。

这几年，保圣流变仪的交付清单在变长：西北工业大学、中国航天集团下属单位、大连理工大学、江南大学、上海交通大学、昆明理工大学、甘肃农业大学、南京农业大学、四川农业大学、内蒙古农业大学、山西中医药大学，以及中国科学院相关研究所、中国标准化研究院、军事科学研究院。

这份清单里，有些单位对数据的要求近乎苛刻——一条曲线要被反复验证，一份报告要经得起型号评审。国产仪器能进这样的场景，靠的不是价格，是同一批样品在不同时间、不同操作者手里给出同一个结果。

国产化的意义，也不止于「买得到」。方法留在自己手里，标准才留得下来；备件与服务半径短，方法调整和故障响应才快得起来；软件与审计追踪、3Q 验证这些配套跟得上，数据才能进质量体系，而不只是躺在某个人的电脑里。

保圣成立十四年，从质构仪做到流变仪，从机械轴承做到空气轴承，现在在做磁悬浮、做 DMA、做毛细管、做挤出。这条线还没走完，也不打算走完。

因为我们相信，一个国家的材料数据，最终要由这个国家自己的仪器来测。不浮躁，不着急，一点点用数据说话，重复性，稳定性，一致性，这些数据一个也少不了，很多时候，我们机器就放在进口仪器旁边，客户说，我们用几个月测试一下数据，如果何进口一样，我们就买，现在对国产仪器的已经不是将就的时代了，是要实打实用的时代了，中国研究队伍用进口仪器研究这么多数据，国产仪器能不能用，数据好不好，他们一眼就能看出来，一个曲线就能决定，你说仪器硬件软件要是达不到，高端仪器客户会勉强接受吗？答案不言而喻。

七、把样品告诉我们

有材料流变、热机械性能或挤出工艺的测试需求，可以把样品形态、测试目的和温度范围告知保圣的应用工程师，由他们协助确定机型配置与测试方法。实验室常年开放样品测试与仪器演示。

上海保圣实业发展有限公司　官网：www.shbosin.com www.bszgy.com