Способ определения вязкости материалов

 

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.