Устройство для определения вязкоупругих свойств полимеров Советский патент 1980 года по МПК G01N11/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Изобретение относится к приборам для испытания полимерных материалов и может быть использовано для определения вязких и вязкоупругих свойств, таких как касательные и нормальные напряжения, времена релаксации, тангенс угла механических потерь, динамический модуль и др. Кроме того, конструкция прибора позволяет исследовать свойства полимеров в процессе отверждения Известен прибор для определения вязких и упругих характеристик материа лов по методу постоянных скоростей деформаций и методу колебаний, содержащий второй диск, вращающийся с отличной от первого скоростью в противоположном направлении, и чувствител ный элемент, выполненный в виде двух сопряженных основаниями конусов и расположенный между дисками соосно с ними 1 . Недостатком известного прибора является невозможность произвести определение всего комплекса вязких и вязко упругих свойств полимерных материалов, таких как касательньге и нормальные напряжения, времена релаксации, тангенс угла механических потерь, динамический модуль и др. Известно также устройство для определения вязкоупругих свойств полимен ров, содержащее станину, рабочую камеру с расположенным в ней измерительным узлом типа конус-плоскость, привод , узел создания гидростатического давления, узел регулирования частоты крутильных колебаний 2. Рабочая камера состоит из врощаюшегося диска и непопвижного конуса, соединенного с торслоном. Диск приводится во вращение через репуктор, позволяющий плавно изменять скорости noформаций и колебаний и частоты. Измерение крутящих моментов осушоствляется индукционным метопом с помощью рычага, с которым соединош г инпуктивнме датчики, и связанного с ним торгиог /, на который посажен ныгодаижиый кону рабочей камеры рёогониометра. Измерение нормальных напряжений йроизводится компенсационным методом С помощью сервомеханизма, который через микрометрический- винт связан с электродви гателем. При передаче нормального усилия на электродвигатель сервомеханизма подается напряжение, и микрометрический винт приводится во вращение до .тех пор, пока не будет компенсировано взаимное радиальное усилие. Прибор позволяет производить измерения по метбду колебаний с частотами от 25 до 2,51О Гц. Пределы измерений скорости деформации от Ю до 10 с -1. К недостаткам прибора следует отнести невозможность регулирования амплитуды крутильных колебаний, Что не позволяет исследовать полимерные материалы в процессе их отверждения из-за неДостаточной чувствительности схемы изм рения при малой вязкости материалов : и разрушения их структуры при вращении диска с увеличением вязкости, а также невозможность создания в рабочей камер регулируемого высокого гидравлического давления для предотвращения проскальзы вания, которое существенно искажает результаты испытаний, Kpoivte того, конструкция прибора не предусматривает определени;е таких важных характеристик как тангенс угла механических потерь и динамический модуль, ; Цель предлагаемого изобретения - расширение диапазона скоростей деформаций и частот крутильных колебаний. Для этого устройство дополнительно снабжено узлом регулирования амплитуды крутильных колебаний, а в рабочей камере под измерительным узлом установлены ; смейные упругие диафрагмы, а также за счет того, что узел регулирования амплитуды Крутильных колебаний выполнен в виде втулки, установленной с эксцентриситетом на эксцентриковом валу привода кулисы, соединенной с валом измерительного узла. Наличие узла регулирования амплитуд крутильных колебаний позволяет повысит чувствительность прибора при малой вязкости материалов и устранить разрушени их структуры вследствие враЖенИя диска с увеличением вязкости. Применение сменных упругих диафрагм позволяет установить требуемую величину гидростати ческого давления в рабочей камере в за симости от вида материала и характера деформирования и тем самым устранить

714237 роскальзывание исследуемого материала по рабочим поверхностям. Кроме того, прибор предуск атривает фиксацию сдвига фаз между деформацией и нагрузкой, что позволяет находить тангенс угла механических потерь и динамический модуль. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема одного из вариантов узла регулирования амплитуды крутильных колебаний. Устройство состоит из станины 1, на которой крепятся две колонны 2. На станине 1 также установлен редуктор 3, связанный с электродвигателем (на чертеже не показан). На колоннах 2 расположена опорная плита 4, на которой установлена рабочая камера 5.. Нижний вращающийся диск 6 посредством муфты 7 связан с валом 8 редуктора 3. Для работы в режиме динамических нагружений служит кулиса 9, передающая крутильныеколебания на нижний диск 6 при соотв етствующем включении муфты 7. Конус 1О соединен с тензометрической трубой 11 и через упор 12 с узлом 13 измерения нормальных напряжений. Для обеспечений в рабочей камере 5 необходимого гидростатического давления служат установленные под вращающимся диском 6 сменные упругие диафрагмы 14, Для фиксации перемещений кулисы 9 на плите 4 установлен датчик 15. Основными деталями узла регулирования амплитуды Крутильных колебаний (фиг. 2) служат втулка 16, устайовленная с эксцентриситетом на эксцентриковом валу 17 привода йулисы 9. Устройство работает следующим образом. Исследуемый материал помешается в рабочую камеру5 в зазор между плоским диском 6 и конусом 1О. Камера 5 закрывается, после чего в ней пневматически, а затем с помощью отдельного механического привода (на чертеже не показан) создается требуемое гидростатистическое давление. Величина давлений .может варьироваться, что достигается использованием упругих сменных диафрагм 14. В режиме стационарных измерений вращение от электродвигателя передается через редуктор 3 и муфту 7 на диск 6. Для измерения крутящего момента, действуещего на конус Ю рабочей камеры 5 служит теизометрическая тру ба 11. Осевые усилия, действующие на конус Ю, передаются через упор 12 в узел 13 измерения ис гапьных напряжений. В режиме динамических измерений вращение от электродвигателя через редуктор 3 передается на кулису 9, последняя сообщает диску 6 колебатель ное движение с заданной амплитудой 0, частотой. Регулирование амплитуды крутильных колебаний обеспечивается, например, устаноет;ой на экспёнтрнксюр валу 17 привода кулисы 9 втулки 16 с шссцентрнснтетом. Регулировка осушествляется поворотом втулки 16 своей оси, что дает возможность плавно взмеиять амплитуду от нуля (эксцентриситет отсутствует) по требуемой величины. Частота крутильньос колебаний диска 6 изменяется в пределах от 36ОО до 181О Га. Одновременная регистрация величины датч ка вращаюшего мсядента тензоме рической трубы 11 в показаний датчика 15 пе ремещениа кулисы 9 позволяет ргфе- целить сдвиг фаз между деформацией и нагрузкой, и, в конечном итоге, установить тангенс угла механетеских потерь и составляющие дшамического модуля исследуемого материала. Предлагаемое устройство обладает более широким диапазоном скоростей сдвига, частот крутильных колебаний и вязкости исследуемых материалов, Со

даняе в рабочей камере регулируемого ги фостатичесКого давления пставоляет избежать проскальзывание, материалов, которое существенно искажает результата испытаний. Благодаря этому устройство позволяет исследовать полимернйе материалы в прсщессе их отверждения с использованием измененной амплитуда

714237

узла.

Источники информации, принятые ВО внимание при экспертизе

2.Белкин И. М. и ар. Ротационные прибора, М., Машиностроение, 1968, с. 228-Й29. колебаний и определять комплекс свойств полимеров, в том числе тангенс угла механических потерь и составляющие динамического модуля. Использование устройства пля определения вязкоупругих свойств полимеров позволяет быстро и точно выбрать необходимый режим процесса полимеризации и тем самым качество изделий из полимерных материалов. Формула изобретения 1. Устройство для опрецеления вяикоупругих свойств полимеров, содержащее станину, рабочую камеру с расположенным в ней измерительным уз-лом типа конус-плоскость, привод, узел создания гидростатического давления, узел регулирования частоты крутильных колебаний, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона скоростей деформации и частот крутильных колеба шй, оно дополнительно снабжено узлом регулирования амплитуды крутильных колебаний, а в рабочей камере под измерительшлм узлом установлены сменные упруязе диафрагмы. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающеес я тем, что узел регулирования ампштуды крутильных колебаний выполнен в вице втулки, установленной с эксцентриситетом на эксцентриковом валу привоца кулисы. соединенной с валом измерительного