Способ оценки текучести полимерного материала Советский патент 1980 года по МПК G01N11/08 

Изобретение относится к области испытания материалов путем определения их текучести, а именно, к способам оценки поведения полимерных материалов при их деформировании в вязко-текучем состоянии. Известен способ оценки текучести полимерны материалов путем деформирования их в зазоре между вращающимся ротором и камерой. Скорбеть деформации сдвига определяется скоростью вращения ротора и величиной зазора между ротором и камерой. При испытании полимер ного материала из величины момента сопротивления вращению рассчитывается напряжение сдвига. Последовательно проводя испытания при различных задаваемых скоростях вращения ротора и измеряя соответствующие моменты сопр тивления вращению, можно определить зависимость между напряжением сдвига и скоростью деформации и построить их графическую зависимость в виде так называемой кривой течения 1. В качестве прототипа выбран способ оценки текучести полимерного .материала методом капиллярной вискозиметрии, при котором полимерный материал продавливается через канал круглого сечения 2. Последовательно проводя испытания при различных скоростях течения полимерного материала и измеряя соответствующие усилия продавливания, получают набор экспериментальных данных, по которым рассчитываются значения напряжения сдвига и скорости деформации и производится построение кривой течения. Основным недостатком известных способов является необходимость проведения нескольких (не менее пяти) последовательных испытаний полимерного материала для получения набора экспериментальных данных, достаточных для построения графической зависимости, напряжение сдвига - скорость деформации. Учитывая необходимость прогрева каждой дозы материала до температуры испытания, известные способы длительны и трудоемки. Кроме того, применение набора проб материала при испытании при больщой неоднородности таких многокомпонентных полимерных материалов, как например резиновые смеси, приводят к разбросу экспериментальных данных, усугубляюпюмуся 37 возможными колебаниями температурного режима при последовательных испытаниях. В итоге графическая зависимость: напряжение сдвига - скорость деформации представляет собой некоторую усредненную кривую. При необходимости увеличения числа экспериментальных данных время испытания пропорционально увеличивается. Целью изобретения является сокращение времени испытания при получении зависи.мости: напряжение сдвига - скорость -деформации. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе оценки текучести полимерного материала путем продавливания его через канал, одновременно с продавливанием полимер ного материала по каналу прикладывают дополнительную силу, перпендикулярную напра1злению течения полимера. На фиг. 1-3 приведены принципиальные схемы устройств для реализации предлагаемого способа оценки текучести полимерного материала; на фиг. 4 - кривая зависимости: напряжение сдвига - скорость деформации, получаемая по предлагаемому способу. При экспериментальном сравнении существующего и предлагаемого способов оценки текучести полимерного материала использовалась В качестве объекта испытания резиновая смесь . на основе каучука СКПС ЗОАРМ- 5. Определения текучести полимерного материала по предлагаемому способу осуществляются следующим образом. Заготовку полимерного материала помещают в цилиндр 1, где она нагревается до температуры испытания. Затем плунжером 2 продавливают полимерный материал через канал 3 с помощью усилия PI. После достижения стационар ного режима течения, через подвижную сторону 4 канала прикладывают дополнительную силу Pj. Под действием силы Pj происходит уменьшение площади поперечного сечения потока полимерного материала. При этом увеличи вается скорость течения полимерного материала по каналу, увеличивается усилие продавливания PI , что фиксируется каким-либо известным силоизмерительным устройством и записывается на вторичном приборе-самописце. Так как скорость движения диаграммной ленты увелиадвается пропорционально изменению скорости течения полимерного материала по каналу, -л уси;ше PI - пропорп;ионально напряжению сдвига, то прибор вычерчивает сразу кривую течения. Пример. По предлагаемому способу оценивалась текучесть резиновой смеси на осно ве каучука СКМС-ЗОЛРКМ-15 путем помещения ее в цилиндр и продавливания через фильеру. Время прогрева резиновой смеси весом 80 г до рабочей температуры испытания 115° С составляло 10 .мин, а время продавливания со4тавляло 2 мин. Сум.марное время испытания оставило 12 мин. Зазор в рабочем канале пероначально составлял 2,8 мм (фиг. 1). Приклаывалась дополнительная сила РЗ , изменяющая рабочий зазор и равная 250 кгс. Под действием силы Р рабочий зазор, расположеннь й перпе1щикулярно оси цилиндра, уменьщался от высоты 2,8 мм в начале испытания до 0,6 мм в конце испытания. Это соответствовало изменениш средней скорости дефо 1мации (течения) смеси при продапливании от 1,5 в начале испытания до 30 в конце испытания. С изменением рабочего зазора увеличивалась сила PI, и ее изменение в процессе испытания оценивалось электрически.м дистанционным манометром и вторичным прибором-самописцем. Указанньп полимерный материал (резиновая смесь) испытывался известным способом на капкллярно.м вискозиметре Р--33 фирмы Макклоу-Смит (Англия). Для охвата диапазона скоростей течения задавались четыре скорости пролавливания материала и использовались капилляры двух диаметров (2 и 3 мм). При постоянной скорости течения из.мерялось усилие продавливания и пересчитывались данные на соответствующие скорости и напряжения сдвига. Последовательно проведя семь измерений, полу-ШЛИ семь , точек кривой течения. Температура испь тания была 115° С, время прогрева одкого образца -10 мин. Время продавливания - 1 мин. Всего было затрачено: на измерения - 77 мин, на обработку данЕгых и построение кривой течения - 30 мин. Итого весь процесс испытания потребовал 107 мин. Таким образом, предлагаемый способ испытания текучести поли.мерного материала сократил время испытания в 9 раз. Формула изобретения Способ оценки теку 1ести полимерного материа; а путем продавливаиия его через канал и получения зависимости: усилие продавливания скорость течения в исследуемом диапазоне скоростей течения, отличающийся тем, что, с целью зкспрессности способа, к материалу одновременно прикладывают силу, перпещ1икуляр1 ую направлению потока. Истошики информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Белкин И, М., Виноградов Г. В., Леонов А. И. Ротационные приборы , .М., Машиностроение, 1968, с. . 2,Энциклопедия полил е Х)в, .М., Советская гшциклопедия, 1972, т. 1, с. 471 -478 (прото2

PUi.J

(Put. 2