РОТАЦИОННЫЙ ВИСКОЗИМЕТР Советский патент 1970 года по МПК G01N11/14 

Изобретение относится к области изучения реологических свойств полимерных материалов с использованием ротационных вискозиметров.

Известен ротационный вискозиметр для высоковязких систем, содержащий наружный вращающийся цилиндр с приводом, систему обогрева, узел перемещения наружного цилиндра относительно ротационной насадки, ротационную насадку и систему измерения крутящих моментов и осевых сил.

Предлагаемый вискозиметр позволяет повысить точность измерений за счег того, что ротационную насадку вьгнолняют в виде двух соосно расположенных цилиндрических стержней, расположенных внутри наружного цилиндра.

Па чертеже представлена схема оппсываемого вискозиметра.

Испытуемый материал подается при помощи плунжерного литьевого устройства (на схеме не показано) через краник 1 в пространство, ограниченное внутренней новерхностью разъемной прессформы 2, двумя цилиндрическими стержнями 3 и сальниковыми уплотнениями 4. Прессформа гайкой 5 зажимается во внутренней конической обойме 6, которая снабжена проточкой и совместно с наружной обоймой 7 образует полость для размещения электронагревателя S. Вся конструкция смонтирована в радиально-упорных подшипниках 9 и при помощи червячной пары 0, цепной передачи 11 с натяжным устройством 12 приводится во вращательпое движение относительно неподвижных стержней 3 от электродвигателя 1J через коробку скоростей 4. Кроме того, весь узел пресс-формы может перемещаться вдоль оси стержней ходовым винтом /5 по направляющим 16. Температура испытуемого материала контролируется двумя термопарами 17, помещенными внутри стержней 3. Давление материала в пресс-форме воспринимается и замеряется динамометрами 18 сжатия. Крутящий момент, возникающий на стержнях о при вращении пресс-формы, передается на щлицевой вал 19 и далее на втулку 20, закрепленную в опорах 21, и воспринимается консольной тензометрической балкой 22 с наклеенными на ней тензодатчиками 25, собранными в мостовую схему и соединенными с усилительной 24 и записывающей 25 аппаратурой. Для обеспечеппя возможности распрессовки стержней вал 19 снабжен двухрядным упорным подшипником 26.

Питание электронагревателя током осуществляется через контактные кольца (на схеме не показаны), контактор 27 типа. МКУ-48 и

ры обеспечивается электронным потенциометром 29 типа ЭПВ-2.

Принцип работы вискозиметра заключается в следующем.

После заполнения полости пресс-формы 2 испытуемым материалом последний выдерживается в ней в течение определенного времени для выравнивания темпгратуры по всему объему. Затем включается привод, и прессформа начинает вращаться. При этом вращении на стержнях возникают крутящие моменты, величина которых равна

М -г,1 + вМ,р,

где т - напряжение сдвига на поверхности

стержня;

d, i - соответственно диаметр и длина стержня в зоне деформации сдвига материала;

Mfp - моменты трения на концах стержней.

При одной скорости вращения пресс-формы проводятся два опыта. Первый опыт делают при одинаковой длине обоих стержней / и по.лучают определенные значения крутящих моментов МКР на каждом стержне. Затем прессформу при помощи винта 15 сдвигают влево или вправо на некоторое расстояние Л/ и снова замеряюг крутящие моменты и уже при новых значениях длины стержней (увеличенной на одном роторе и уменьшенной на другом).

На основании уравнения получим.

JfA

Мкр1 - /i-f гУИтр,

Л,р2 -.7./, + еЖ,р.

Вычитая из одного выражения второе, получим

АЖкр т:-тг -Д/.

Из выражения видно, что на величину приращения крутящего момента влияет только приращение длины стержня, а трудно поддающееся учету влияние сил трения на концах стержней исключается. Объем испытуемого материала и в кольцевом зазоре, и между сферическими концами стержней остается постоянным, чего не наблюдается в конструкциях других вискозиметров ротационного типа.

Из выражения иадеем

,2ДЛТкр T.

где ДМкр -приращение (±) крутящего момента на стержне при изменении его длины на величину А/.

Имея в виду, что диаметры обоих стержней одинаковы, найдем среднеарифметическое значение напряжений сдвига

, +

Тд и Тп соответственно напряжения, рассчитанные по изменению «рутящего момента на левом и правом стержнях вискозиметра.

Градиент скорости сдвига рассчитывается по известному выражению

du 2r.RN

:

сек

2R

dr

где JR - внутренний радиус полости прессформы, см; N - число оборотов пресс-формы, об/сек; &JR. - зазор между пресс-формой и стержнем, см.

По полученным

значениям напряжений

da

сдвига т и градиента скорости -j строится

dr

du

график т /(-) и подбирается математическое выражение для описания полученной кривой-реолотическое уравнение данного полимера или резиновой смеси.

Для исключения влияния сил трения в опорах стержней и в их уплотнениях производится настройка вискозиметра. В рабочем состояНИИ, когда полость в пресс-форме заполнена испытуемым материалом, перемещением пресс-формы добиваются такого ее положения, когда измерители крутящих моментов дают одинаковые показания. При смещении

пресс-формы на расчетную длину получаем приращение крутящего момента, вызванного только изменением длины роторов. Так же как и влияние концов стержней, влияние трения в онорах и уплотнениях стержней исключается.

Предмет изобретения

Ротационный вискозиметр для высоковязких систем, содержащий наружный цилиндр с приводом, систему обогрева, узел перемещения наружного цилиндра относительно ротационной насадки, ротационную насадку и систему измерения крутящих моментов и осевых сил, отличающийся тем, что, с целью пог вышения точности измерений, ротационная насадка выполнена в виде двух соосно расположенных внутри наружного цилиндра цилиндрических стержней.