Способ определения вязкости материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N11/14 

СГ5

D1 СО 00 Изобретение относится к области исследования реологических характеристик материалов и может быть испо зовано для определения непрерывных зависимостей вязкость-температура. Известен способ измерения реалог ческих характеристик материалов в условиях непрерывного изменения тем пературы в опыте, реализованный в изотермических ротационных ви козиметрах. Тепло, выделяющееся в процессе деформирования материала отводится через рабочие поверхности деформационного устройства к термостатной жидкости ij , Недостатком способа является низ кая точность измерений особенно при исследованиях сильновязких материалов. Тепловыделение от вязкого трения в режимах постоянных скоростей или напряжений сдвига вызывает боль шив погрешности в определении вязкости из-за наличия градиента темпе ратуры в слое материала, так как скорости изменения температуры рабо чих поверхностей и материала отличаются между собой. Наиболее близким к изобретению является способ определения вязкости материалов по их реакции на деформа цию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю и (Которых приводят во BpatqeHHe, заклю |Чаю1цийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непреры ного изменения те тературы и подвода тепла к внешней рабочей поверхности.. Способ предполагает использо;1 ание 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 низкая точность и ограниченный диапа зон .измерений. Кроме того, при очень малых мощностях тепловыделения тепло успевает распределиться равномерно; но оейлчно мощности тепловыделения мс :сут достигать единиц и десятков ватт и погрешности измерений возрастаю Это объясняется наличием градиента температуры в слое деформируемого материала. Возникновение градиента в условиях непрерывного измейения температуры обусловлено тем, что подвод тепда к одной из рабочих поверхностей означает непрерывный нагрев другой, обладающей существенной тепловой емкостью, теплопроводностью материа.лов и мощностью тепловыделения от вязкого трения. Передача тепла тепло гфоводностью протекает во времени и поэтому в пристенном слое деформируе мого материала, контактирующего с необогреваемой поверхностью , появляется градиент температуры, т.е. необогреваемая рабочая поверхность является активным теплоприемником 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 граллент и соответственно погрешность измерений. Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений. Цель достигается тем, что согласно способу определения вязкости материа lOB по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из которых приводят во вращение, заключакяцийся 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 телшератур 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 мат.ериала. Однако реальные ротационные приборы, реализующие измерение вязкости, обладают вполне конкретной формой рабочих поверхностей - коаксиальные цилиндры, конус-плоскость и др., поэтому из-за кривизны рабочих поверхностей не могут обеспечить абсолютную равномерностьполей напряжений и скоростей сдвига, а значит, равномерность мощности тепловыделе ния по толщине слоя материала. Это обстоятельство накладывает условие дифференцированного подвода тепла к рабочим поверхностям. Общее повышение температуры в опыте составляет окало , 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 тепловыде гения.

Производят измерения вязкости касторового масла в тех же условиях, но при соотношении тепловых емкостей 1:10 толщина слоя деформируемого магериала 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 регулиро ванием мощности тепловыделения. Подвод тепла осуществляют от источника постоянной мощности. Для каждого из значений мощностей тепловыделения во всем диапазоне изменения скоростей сдвига градиенты по слою составляют менее 0,15®С по абсолютной величине, что дает отклонение в измерениях вязкости не более il%, при этом dcCipocTb изменения температуры (мощноо ь тепловыделения 0,09 Вт/см) сос1а Ьляет 200°С/ч, что в 20 раз превьашает скорость нагрева в известном способе при такой же величине погрешности в измерении вязкости.

Сравнительные измерения вязкости проводят на вискозиметре 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 раз) и расширить диапазон измерений.

Предлагаемый способ является предпосылкой для создания приборов,которые могут обеспечить получение непрерывных зависимостей свойств материалов от темпеоатуоы во всем диапазоне темпеоатуо жидкого состояния. по сравнению с известным способом оюеллагаемый поедусматоивает возможность изменения мощности тепловыделения, что позволяет регулировать время измерений Сусксфение или замедление процесса) . Это важно для исследования структурных переходов в материалах, составляющих, например, в изменениях вязкости (скач 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 режимо процессов переработки материгшов в условиях, наиболее близких к реальным по герметическим характеристикам каналов, например, в экструдерах и других машинах для переработки пластмасс. Указанные характеристики и исследования могут быть получены и проведены только в непрерывных режимах и предлагаемый способ позволяет их реализовать

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.