Способ определения вязкоупругих параметров сред
Изобретение предназначено для измерений в тонких пленках проб. Целью изобретения является увеличение точности и сокращение длительности и трудоемкости определения реологических параметров. Цель достигается тем, что при определении параметров путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторных сил при заряде в поле коронного разряда в процессе зарядки дополнительно измеряют скорость нарастания деформации , величину пондеромоторной силы в момент появления деформации на поверхности слоя и ее величину для двух последовательных моментов времени , по которым судят о значениях реологических параметров. Величину пондеромоторной силы можно определить измерением потенциала поверхности или тока, текущего через слой. 2 3.п. ф-лы. S (Л 00 4ib СЛ
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3719538/24-25 (22) 12.01.84 (46) 23.02.87.Бюл. Ф 7 (72) Г.Н.Манушевич, А.А.Музалевский, Л.N.Панасюк, Л.Б.Погорельский и А.А.Форш (53) 532. 137 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР У 911221, кл. G 01 N 11/00, 1982, Авторское свидетельство СССР Ф 1257464, кл. G 01 N 11/16, 12.08.83. Авторское свидетельство СССР Ф 1229646, кл. С 01 N 11/16, 08.04.83. „„SU„„1291 45 A 1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕД (57) Изобретение предназначено для измерений в тонких пленках проб. Целью изобретения является увеличение точности и сокращение длительности и трудоемкости определения реологических параметров. Цель достигается тем, что при определении параметров путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторнык сил при заряде в поле коронного разряда в процессе зарядки дополнительно измеряют скорость нарастания деформации, величину пондеромоторной силы в момент появления деформации на поверхности слоя и ее величину для двух последовательных моментов времени, по которым судят о значениях реологических параметров. Величину пондеромоторной силы можно определить измерением потенциала поверхности или тока, текущего через слой. 2 з.п. ф-лы. 1291845 2 вестных способов, например путем измерения потенциала ыа поверхности исследуемого слоя V» либо путем измерения величины сквозного тока через слой в процессе зарядки определяется значением пондеромоторной силы Р, После выполнения указанных измерений расчетным путем определяются механические параметры реологической среды. Поскольку скорость роста деформации обусловлена величиной приложенной пондеромоторной силы и существенно связана с реологией слоя, то по их известному значению можно вычислить динамическую вязхость, модуль сдвига и время релаксации. Введем обозначения: — относительная деформация; t — время процесса, отсчитанное от момента появления деформации; V — потенциал слоя; с — коэффициент поверхностного натяжения; d — толщина слоя; — диэлектрическая проницаемость слоя; б — диэлектрическая проницаемость воздуха; R = (I I „) I — рассеивающая способность; I и I, — интенсивность падающего и отраженного света соответственно; С вЂ” модуль сдвига; динамическая вязкость; — время механической релаксации; Р— пондеромоторная сила; 1 в скорость роста деформации; i, — ток градуировки; iе — ток, обусловленный коронным разрядом; Х вЂ” константа зарядного устройства. ,Цеформация нарастает во времени pt R (2) Изобретение относится к исследованию реологических характеристик тонких слоев полимерных материалов. Целью изобретения является увеличение точности„ сокращение.длительности и трудоемкости определения реологических параметров тонких слоев полимерных материалов. Сущность способа определения вязкоупругих параметров сред путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторных сил при зарядке в поле коронного разряда состоит в том, что в процессе зарядки дополнительно измеряют скорость нарастания деформации и пондеромоторную силу по величине которых и изменению во времени судят о значениях вязкоупругих параметров среды. Скорость нарастания деформации может быть измерена по изменению величины логарифма рассасывающей способности деформированной поверхности ис25 следуемого слоя. Величина пондеромоторной силы может быть определена измерением потенциала поверхности или по значению тока, текущего через слой. Предварительно нагретый тонкий слой реологической среды помещается в электрическое поле коронного разряда и заряжается. В результате нагрева и зарядки свободная поверхность слоя деформируется под действием пон- З5 деромоторных сил электрического поля. Момент возникновения деформации и дальнейшее ее развитие на поверхности регистрируется одним из известных методов, например оптическим. При этом параллельный световой пучок направляется HG поверхность среды под произвольным углом, отличным от нуля. по закону (1) Рассеивающая способность R аналогично Отраженный пу-чок регистрируется фоточувствительным элементом и при этом усиливается. При появлении деформации часть света рассеивается, что приводит к уменьшению интенсивности отраженного пучка, которое ре- gg гистрируется фотоприемником, связанным с самописцем, снимающим график функции FAR = f(t), где R — рассеивающая способность деформированной поверхности слоя, t — время действия пондеромоторных сил, Тангенс угла наклона указаннои зависимости определяет величину скорости роста деформации 1 . Одновременно одним иэ изгде с d / () 2 2рй а 4А 3 На начальном этапе формирования и роста деформации = 1э и, следовательно, из выражений (1) и (2) может быть определена скорость роста деформаций, как тангенс угла наклона кривой fnR = f(t) на ее прямолинейном участке, Эта максимальная скорость роста связана с потенциалом поверхности следующим образом 3 1291845 Выражению (3) удобно придать другой вид -u3t -ыт (1 — f. 1 - р, 1 Г,-Г,1 (9) 47Р— — (— — — — ) и5 Е +Е 1 2 (4) (9) 1 о Vс 2 P = с Д (4) . 15 Пример i . .Определяются реологические параметры сополимера бутил метакрилата со стиролом БМК-50. Измерения проводятся на тонком слое 20 материала толщиной 1,4 мкм, нагретом о до 60 С. При этой температуре DH 40 ---- 1 V = 580 В. см Исследуемыи слой на проводящей подложке помещается в разрядный промежуток устройства коронного разряда, где на свободную поверхность заземленного слоя наносятся электрические з аряды при потенциале на коронирующих электродах 7,6 кВ. На экране осциллографа или на ленте самописца фиксируется кривая ГпК = f(t), по наклону которой определяется скорость 35 роста деформации = 0,12 с, Одновременно на другой дорожке самописца фиксируется изменение потенциала поверхности в процессе зарядки и определяется величина пондеромоторной силы в момент начала деформации Н P = 30 4: 10 --- . Иэ соотношения t м (4) рассчитывается динамическая вязкость 1= 6,3 .10 Па . с, а из (5) 45 время механической релаксации 2,2 ° 1С с. Измерение для двух моментов времени t = 0,5с и t = 1,5с от начала деформирования численных значений P и Р, равных P = 3,2 х 3 50 6 Н Н х 10 — — иР = 36 — — дает по мй 2 t м2 формуле (9) G = 24,6 10 5 Н Если тот же слой нагреть до 95 С, 55 он заряжается до поверхностного потенциала 210 В, скорость роста деформации приобретает значение 26,3 с; P,, = 3,98 10 — — P -1 s Н,! >е Р = (- — — — — ) х 1 о dG -u)t G = t (Р+С), (8) где С вЂ” постоянная. Формула (4) используется при численных расчетах динамической вязкости. Величина понд ромот орно и силы P может быть измерена как путем измерения потенциала поверхности Ъ s так и тока, текущего сквозь слой, что подтверждается аналитическими выражениями вида По известной величине р вычисляется одновременно и время механической релаксации L — ° pd (5) При этом величина коэффициента поверхностного натяжения принимается известной. Наоборот, если известны р и 7,, можно расчитать численное значение коэффициента Уравнение, списывающее связь механических параметров реологических сред с величиной пондеромоторной силы, имеет вид Р = G< +И ° (6) Поскольку на слой действует пе ременная пондеромоторная сила, т,е, dP/dt W 00, то продифференцируем это уравнение по времени и учтя, что параметр вязкости /1- величина, не зависящая от времени, а также d $ /dt = 0 в силу постоянства скорости роста деформации ) имеем - ив + .д С = С (7) Интегрирование этого уравнения дает результат Для ее определения рассмотрим два произвольных момента времени, отсчитываемых от начала появления де- . формации — й, и t . Тогда окончательно выражение для модуля сдвига имеет вид В формуле (9) Р, и Р— это величины пондеромоторной силы, взятые в момент времени t u t соответt I ственно. Для удобства расчета положим t=O что соответствует моменту начала образования деформации ° Тогда окончательная расчетная формула приобретает вид 1291845 Таким образом, предлагаемый способ позволяет провести все измерения в едином процессе.. ряжают поверхность слоя и измеряют величину тока сквозь слой в момент А появления деформации 4,6 10 Составитель В,Крутин Техред И. Попович Корректор В,Бутяга Редактор Г.Волкова Заказ 224/41 Тираж 777 Подпи сно е ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий 113035, Москва, >К-35, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 s Н 5 6 " 10 — — . Вычисление значения м р, 7 и 4 соответственно составляют 4,9 3,". 10 Па с; 1,3 с; 3,9 " 10 м Пример 2. Проведено определение реологических параметров слоя сополимера бутилметакрилата с акрилонитрилом толщиной 1,5 мкм, нагретого о DH до 55 С, имеющего с = 36 — — —. Засм при котором скорость роста деформации была равна 2,1 с Для двух моментов времени, отли5 Н чающихся на 0,5 с, Р, = 4,9 1О - -Р =7010 Вычисляем p = 5,8. 10 Па ° с, 22 с, G«-1:10 Пример 3. Проведено определение параметров реологии слоя канифоли толщиной 22 мкм, нанесенного на медную пластинку. Слой нагревается до температуры 96 С. При этой DH температуре Ы = 28 — — б = 3 5. см Зарядка проводится при потенциале коронирующей нити 7 кВ, Потенциал поверхности слоя, измеренный в момент-начала деформации, составляет 370 В; = 4,32 с . Для двух моментов времени, отличающихся на 0,25 с находим: з Н з Н P = 4 5 10 — — P = 6 6 10 ---. 1 Ф м ъ Ф э мЯ Расчитанные значения: p= 2,6 х з х10 Па,с, т=2 с, G = 34х з Н х 10 — — ° м Процесс определения искомых параметров не связан с определением промежуточных величин, требующих дополнительного оборудования и вносящих свою погрешность в значения реологических параметров, что повышает точность измерений. формула изобретения f5 1. Способ определения вяэкоупругих параметров сред путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторных сил при зарядке в поле коронного. 20 разряда и измерения деформаций поверхности сЛоя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности, сокращения длительности и трудоемкости определения, в про25 цессе зарядки,цополнительно измеряют скорость нарастания деформации и величину пондеромоторной силы в момент появления деформации и для двух последующих моментов времени, по ве30 личине которых судят о значениях вяэкоупругих параметров. 2, Способ по п.1, отличаю— шийся тем, что скорость нарастания деформации измеряют по изменению величины логарифма рассеивающей способности деформированной поверхности исследуемого слоя. 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю40 шийся тем, что величину понде. ромоторной силы определяют измерением потенциала поверхности или по значению тока, текущего через слой.
