Способ определения вязкости материалов

Способ определения вязкости материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ МАТЕРИАЛОВ по их реакции на деформацию сдвига меж,ду двумя коаксиальными рабочиьш поверхностями, внутреннюю КЗ которых приводят во вращение, заключающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода тепла к внешней рабочей поверхности , отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, дополнительно одновременно .с подводом тепла к внешней поверхности подводят тепло к внутренней рабочей поверхности и изменяют частоту ее вращения до исчезновения градиента температур® в зоне деформации.

союз сое3етсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(5D G 0 1 i(1 1 / 1 4 госудАРстненный комитет сссР по делАм изОБРетений и отнРытий (21) 3590357/18-25 (22) 17.05.83 (46 ) 07. 06. 84. Бюл. 9 21 (72 ) А. Е. Солохненко, А. М. Столин, A. П. Платонов, В. И. Кукушкин и A.Ã.Ìåpæàíîâ (71) Отделение Ордена Ленина институ та химической физики AH СССР (53) 532.. 137 (088. 8) (56) 1. Малкин A.ß.è Чалых А.E.

Диффузия и вязкость полимеров. N.

"Химия", 1979, с.37.

2. Авторское свидетельство СССР

9 654881, кл. G 01 11 11/14, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ

МАТЕрНАНОВ по их реакции на деформацию сдвига ме цу двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю иэ которых приводят во вращение, заключающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода тепла к внешней рабочей поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, дополнительно одновременно с подводом тепла к внешней поверхности подводят тепло к внутренней рабочей поверхности и изменяют частоту ее вращения „ до исчезновения градиента температур » в зоне деформации.

109á538

Изобретение относится к области исследования реологических характеристик материалов и может быть использовано для определения непрерывных зависимостей вязкость-температура.

Известен способ измерения реологических характеристик материалов в условиях непрерывного изменения температуры в одном опыте, реализованный в изотермических ротационных вискозиметрах. Тепло, выделяющееся в процессе деформирования материала отводится через рабочие поверхности деформационного устройства к термостатной жидкости (Ц .

Недостатком способа является ниэ- 15 кая точность измерений особенно при исследованиях сильновяэких материалов. Тепловыделение от вязкого трения в режимах постоянных скоростей или напряжений сдвига вызывает боль- 2( шие погрешности в определении вязкости иэ-эа наличия градиента температуры в слое материала, так как скорости изменения температуры рабочих поверхностей и материала отличаются между собой.

Наиболее близким к изобретению является способ определения вязкости материалов по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из

1„ которых приводят so вращение, заклю. ающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода З епла к внешней рабочей поверхноти.. Способ предполагает использо.вание тепловыделения от вязкого трения для непрерывного нагревания материала в условиях слабого теплообмена с окружающей средой и обеспечивает получение непрерывной зависимости вязкость-температура (2) .

Недостатки известного способа-ниэкая точность и ограниченный диапа. зон .измерений. кроме того, при очень 5 малых мощностях тепловыделения тепло успевает распределиться равномерно, но обычно мощности тепловыделения могут достигать единиц и десятков ватт и погрешности измерений возрастают. 5Q

Это объясняется наличием градиента температуры в слое деформируемого ма.терн ала.

Возникновение градиента в условиях непрерывного изменения температу- Ы ры обусловлено тем, что подвод тепла к одной иэ рабочих поверхностей означает непрерывный нагрев другой, обладающей существенной тепловой емкостью, теплопроводностью матерна- Я) .лов и мощностью тепловыделения от вязкого трения. Передача тепла теплопроводностью протекает во времени и

nоэтому в пристенном слое деформируемого материала, контактирующего с необогреваемой поверхностью, появляется градиент температуры, т. е. необогреваемая рабочая поверхность является активным теплоприемннком и ее

-температура непрерывно отстает от температуры материала в указанных условиях. Величина градиента зависит как от соотношения тепловых емкостей материала и рабочих поверхностей, теплопроводности деформируемого материала, так и от мощности тепловыделения, и чем выше относительная тепловая емкость рабочих поверхностей, мощность тепловыделения и чем меньше теплопроводность материала тем больше градиент и соответственно погрешность измерений.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений

Цель достигается тем, что согласно способу определения вязкости материа,пов по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из которых приводят во вращение, заключающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода тепла к внешней рабочей поверхности, дополнительно одновременно с подводом тепла к внешней поверхности, подводят тепло к внутренней рабочей поверхности и изменяют частоту ее вращения до исчезновения градиента температур в зоне деформации.

Подвод тепла к обеим рабочим поверхностям решает задачу уменьшения теплообмена между материалом и рабочими поверхностями, а тепловыделениеобъемного нагрева материала.

Тепловыделение от вязкого тренияудобный источник объемного нагрева материала. Однако реальные ротационные приборы, реализующие измерение вязкости, обладают вполне конкретной

;формой рабочих поверхностей — коаксиальные цилиндры, конус-плоскость и др., поэтому иэ-за кривизны рабочих поверхностей не могут обеспечить абсолютную равномерность полей напряжений и скоростей сдвига, а значит, равномерность мощности тепловыделе

HHH no толщине слоя материала. Это обстоятельство накладывает условие дифференцированного подвода тепла к рабочим поверхностям.

Общее повышение температуры в опыте составляer окспо 10 С, наибольшая . расчетная скорость сдвига, при которой сохраняется ламинарный режим течения в условиях эксперимента, равна примерно 2000 1/с. Данные подтверждают зависимость градиента температуры и погрешности измерений вязкости от мощности тепловыделения.

1096538

Составитель В.Агафонова

Редактор И.Шулла Техред Т.Маточка Корректор Л Пилипенко

Заказ 3816/31 Тираж 623 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, X-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4

Производят измерения вязкости касторового масла в тех же условиях, но при соотношении тепловых емкостей

1:10 (толщина слоя деформируемого ма териала 2,5 мм), градиенты увеличиваются до 2 С, погрешность измерений имеет один знак.

Проводят измерения вязкости при подводе тепла к обеим рабочим поверхностям и согласовании скоростей изменения их температуры и температуры материала регулированием мощности тепловыделения. Подвод тепла осуществляют от источника постоянной мощности.

Для каждого из значений мощностей тепловыделения во всем диапазоне из- 15 менения скоростей сдвига градиенты по слою составляют менее 0,15 С по абсолютной величине, что дает отклонение в измерениях вязкости не более +1%, при этом с корость изменения 20 температуры (мощноафь тепловыделения 0,09 Вт/см ) составляет 200 С/ч, что в 20 раз превышает скорость нагрева в известном способе при такой же величине погрешности в изме- 25 ренин вязкости.

Сравнительные измерения вязкости проводят на вискоэиметре с падающим шариком и результаты их принимают как тарировочные для измерений на ротационном приборе.

Согласование изменения температуры рабочих поверхностей и температуры материала позволяет повысить точность измерений в условиях непрерывного изменения температуры (для указанных режимов деформирования в

6-15 раэ) и расширить диапазон измерений.

Предлагае жй способ является предпосылкой для создания приборов, которые могут обеспечить получение непрерывных зависимостей свойств материалов от темпеоатщэы во всем диапазоне темпеоатуо жидкого состояния. !

По сравнению с известным способом ,поедлагаеьый поедусматоивает возможность изменения мощности тепловыделения, что позволяет регулировать время измерений (ускорение или замедление процесса) . Это важно для исследования структурных переходов в материалах, составляющих, например, в изменениях вязкости (скачки вязкости) до 10% измеряемой величины, позволяет проводить исследования реагирующих сред, изучать новые тепловые явления, например гидродинамический тепловой взрыв, и др.

Использование способа перспективно и для определения рациональных режимов процессов переработки материалов в условиях, наиболее близких к реальным по герметическим характеристикам каналов, например, в экструдерах и других машинах для переработки пластмасс.

Укаэанные характеристики и исследования могут быть получены и проведены только в непрерывных режимах и предлагаемый способ позволяет их реализовать.