Способ определения вязкости материалов

Ссаэ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) (11) 0 1 Л 1 1 / 1 4 315 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ленина Н СССР(п ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Отделение Ордена инстта химической физики А"Химия", 1979, с.37.2. Авторское свидетельство СССб 54881, кл. 0 01 Б 11/1.4, 1979рототип).(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ МАТЕРИАЛОВ по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю иэ которых приводят во вращение, заключающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода тепла к внешней рабочей поверхности, о т л и ч а ю щ и й с я 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 вращениядо исчезновения градиента температура в зоне деформации,Изобретение относится к области исследования реологических характеристик материалов и может быть использовано для определения непрерывных зависимостей вязкость-температура,Известен способ измерения реологических характеристик материалов в условиях непрерывного изменения температуры в одном опыте, реализованный в изотермических ротационных вискозиметрах, Тепло, выделяющееся в процессе деформирования материала отводится через рабочие поверхности деформационного устройства к термостатной жидкости Ц .Недостатком способа является ниэ кая точность измерений особенно при исследованиях сильновяэких материалов. Тепловыделение от вязкого трения в режимах постоянных скоростей или напряжений сдвига вызывает боль шие погрешности в определении вязкости иэ-эа наличия градиента температуры в слое материала, так как скорости изменения температуры рабочих поверхностей и материала отличаются между собой.Наиболее близким к изобретению является способ определения вязкости материалов по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из 1 чкоторых приводят во вращение, заклю-ающийся в измерении напряжений и скоростей сдвига в условиях непрерывного изменения температуры и подвода З епла к внешней рабочей поверхноти., Способ предполагает испольэо." вание 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 - ниэкая точность и ограниченный диапа зон .измерений. кроме того, при очень 45 малых мощностях тепловыделения тепло успевает распределиться равномерно, но обычно мощности тепловыделения мо гут достигать единиц и десятков ватт и погрешности измерений возрастают. 5 О Это объясняется наличием градиента температуры в слое деформируемого материала.Возникновение градиента в условиях непрерывного измейения температу ры обусловлено тем, что подвод тепла к одной иэ рабочих поверхностей означает непрерывный нагрев другой, обладающей существенной тепловойемкостью, теплопроводностью матерна" 69 лов и мощностью тепловыделения от вязкого трения, Передача тепла тепло. проводностью протекает во времени и поэтому в пристенном слое деформируемого материала, контактирующего с необогреваемой поверхностью, появляется градиент температуры, т,е, необогреваемая рабочая поверхность является активным теплоприемннком и ее температура непрерывно отстает от температуры материала в указанных условиях. Величина градиента зависит как от соотношения тепловых емкостей материала и рабочих поверхностей, теплопроводностн деформируемого материала, так и от мощности тепловыделения, и чем выше относительная тепловая емкость рабочих поверхностей, мощность тепловыделения и чем меньше теплопроводность материала тем больше градиент и соответственно погрешность измерений.Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеренийЦель достигается тем, что согласноспособу определения вязкости материа,пов по их реакции на деформацию сдвига между двумя коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из которых приводят во вращение, заключающийся 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 температур в зоне деформации.Подвод тепла к обеим рабочим поверхностям решает задачу уменьшения теплообмена между материалом и рабочими поверхностями, а тепловыделение. объемного нагрева материала.Тепловыделение от вязкого трения- удобный источник объемного нагрева материала. Однако реальные ротационные приборы, реализующие измерение вязкости, обладают вполне конкретной ,формой рабочих поверхностей - коаксиальные цилиндры, конус-плоскость и др., поэтому иэ-за кривизны рабочих поверхностей не могут обеспечить абсолютную равномерность полей напряжений и скоростей сдвига, а значит, равномерность мощности тепловыделе ння по толщине слоя материала. Это обстоятельство накладывает условие дифференцированного подвода тепла к рабочим поверхностям. Общее повышение температуры в опыте составляет окспо 10 С, 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 тепловыделения.1096538 Составитель В.АгафоноваРедактор И.Шулла Техред Т.Маточка Корректор Л. Пилипенко Заказ 3816/31 Тираж 823 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 Производят измерения вязкости касторового масла в тех же условиях, но при соотношении тепловых емкостей 1:10 (толщина слоя деформируемого материала 2,5 мм), градиенты увеличиваются до 2 фС, погрешность измерений имеет один знак.Проводят измерения вязкости при подводе тепла к обеим рабочим поверхностям и согласовании скоростей изменения их температуры и температуры материала регулированием мощности теп. ловыделения. Подвод тепла осуществляют от источника постоянной мощности. Для каждого из значений мощностей тепловыделения во всем диапазоне из менения скоростей сдвига градиенты по слою составляют менее 0,15 вС по абсолютной величине, что дает отклонение в измерениях вязкости не более +1%, при этом скорость изменения 2 О температуры (мощноаь тепловыделения 0,09 Вт/см) составляет 200 С/ч, что в 20 раз превышает скорость нагрева в известном способе при такой же величине погрешности в изме ренин вязкости.Сравнительные измерения вязкости проводят на вискоэиметре 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 раэ) и расширить диапазон измерений.Предлагаежй способ является предпосылкой для создания приборов, которые могут обеспечить получение непрерывных зависимостей свойств материалов от темпеоатуоы во всем диапазоне темпеоатуо жидкогосостояния.По сравнению с известным способомдоедлагаеьый поедусматоивает возможность изменения мощности тепловыделения, что позволяет регулировать время измерений (ускорение или замед. ление процесса) . Это важно для исследования структурных переходов в материалах, составляющих, например, в изменениях вязкости (скачки 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 режимов процессов переработки материалов в условиях, наиболее близких к реальным по герметическим характеристикам каналов, например, в зкструдерах и других машинах для переработки пластмасс.Укаэанные характеристики и исследования могут быть получены и проведены только в непрерывных режимах и предлагаемый способ позволяет их реализовать.