Методы исследования реологии полимеров. Методы исследования реологии полимеров. — копия. Введение 1 Реология термопластов 4 1 Эластические свойства 6 2 Вязкостные свойства 7
 Скачать 1.68 Mb.
|
2.3 Ротационная вискозиметрияСущность ротационной вискозиметрии состоит в установлении связи между крутящим моментом Т и угловой частотой вращения Ὼ одной из измерительных поверхностей, что является аналогом пары сила – скорость в капиллярной вискозиметрии. Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение. Очевидно, что вращательное движение ротора вискозиметра передается к другой поверхности (посредством движения вязкой среды; отсутствие проскальзывания среды у поверхностей тела предполагается, таким образом рассматриваются). Отсюда следует: момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости. Наиболее широко используют две основные геометрические схемы ротационных приборов – приборы с коаксиальными цилиндрами (рисунок 9 ) и приборы с рабочей парой, выполненной в виде конуса и плоскости. В вискозиметре с коаксиальными цилиндрами жидкость помещается в узкий зазор между цилиндрами с наружным и внутренним радиусами, соответственно, Ro и Ri. Из условия равновесия следует, что крутящий момент не зависит от радиуса, и тогда выполняются следующие выражения, связывающие касательные напряжения на поверхностях наружного и внутреннего цилиндров, соответственно ɼo и ɼi,:  () слева – реометр с рабочей ячейкой, выполненной в виде двух коаксиальных цилиндров; справа – реометр с рабочей ячейкой, выполненной в виде пары конус-плоскость Рисунок 9 – Реометры двух типов Таким образом, степени неоднородности напряжений, действующих в исследуемой жидкости, определяется отношением радиусов цилиндров. Если отношение Ro/Ri близко к единице (как это имеет место почти всегда в ротационных вискозиметрах такого типа), то возникает практически однородное поле напряжений в зазоре между коаксиальными цилиндрами. Именно возможность проведения эксперимента в практически однородном поле напряжений является основным преимуществом ротационных вискозиметров. При определении эффективной вязкости неньютоновской жидкости задача решается просто, если зазор между цилиндрами мал. Тогда в качестве «среднего» напряжения можно взять величину:  (1)Принципиальные особенности конструкции ротационных приборов показаны на рисунке 10  1-привод; 2-коробка скоростей;3-датчик углового поворота;4-внутренний(вращающийся) цилиндр;5- наружный (неподвижный) цилиндр; 6-датчик крутящего момента. Рисунок 10 – Схема ротационного вискозиметра Основным элементом реометра является рабочий узел. На рисунке это цилиндр с коническим днищем, вращающийся в коаксиальном с ним неподвижном цилиндре. Вместо этой пары может использоваться любая другая комбинация, например, конус и плоскость. В современных приборах эти варианты конструкции часто делаются взаимозаменяемыми. Внутренний цилиндр приводится во вращение от привода с регулируемой скоростью. Частота вращения во время эксперимента может поддерживаться постоянной, либо регулироваться по заданной программе, например, могут создаваться гармонические колебания. Частота вращения измеряется датчиком, причем возможны самые разнообразные принципы измерений. 2.4 Вискозиметрия падающего шарикаМетод падающего шарика вискозиметрии основан на законе Стокса, согласно которому скорость свободного падения твердого шарика в вязкой неограниченной среде можно описать следующим уравнением:  (10)где V – скорость поступательного равномерного движения шарика вискозиметра; r – радиус шарика; g – ускорение свободного падения; d – плотность материала шарика; р- плотность жидкости. Необходимо отметить, что уравнение справедливо только в том случае, если скорость падения шарика вискозиметра довольно мала(рисунок 11).  Рисунок 11– Метод падающего шарика Как и в капиллярном методе вискозиметрии, необходимо учитывать возникающие поправки на конечные размеры цилиндрического сосуда вискозиметра с падающим шариком (высотой L и радиусом R, при условии, если выполняется ). Такие действия приводят к уравнению для определения динамической вязкости жидкости методом падающего шарика вискозиметрии:  (11)Измерение вязкости методом падающего шарика основано на законе Стокса, связывающем скорость падения шарика в жидкости с ее вязкостью . Метод прост и сводится к измерению времени равномерного падения шарика в вертикальной прозрачной трубке, наполненной испытуемой жидкостью. Во время измерения жидкость и шарик термостатируются, для чего прибор помещается во вторую, более широкую трубку, в которой поддерживается постоянная температура. Шарики изготавливаются из различных материалов, но наиболее подходящими являются стальные. Шарикоподшипниковая промышленность изготавливает их с высоким классом точности. Неправильные или негладкие шарики непригодны. В таблице 5 приведены максимальные диаметры стальных шариков которые могут применяться для измерения вязкости методом падающего шарика. Они вычислены, исходя из того, что время измерения должно быть не меньше 40 секунд, а скорость падения шарика в жидкости равна 1 см/с. Таблица 5– Зависимость диаметра шарика от исследуемой жидкости
Такие подсчеты показали, что с помощью падающего стального шарика нельзя исследовать жидкости с вязкостью, меньшей 5—6 пуаз, так как трудно регистрировать движение шариков меньше 1 мм. Диаметр трубки, в которой проводится вискозиметрирование, должен быть по крайней мере в 10 раз больше диаметра шарика. В противном случае необходимо вводить поправку Ладенбурга на действие стенок. Падение шарика в непрозрачных жидкостях может наблюдаться с помощью просвечивания рентгеновскими лучами или с помощью электрических контактов, которые замыкаются шариком при падении. |