Способ определения вязкоупругих параметров сред

(59 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И СССРКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ СВИ(56) АвторскоР 911221, кл.АвторскоеУ 1257464, кл12,08.83.АвторскоеУ 1229646, кл08.04.83,ОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОУПРУАМЕТРОВ СРЕДретение предназначено дляр в тонких пленках проб. Целью изобретения является увеличение точности и сокращение длительности и трудоемкости определения реологических параметров. Цель достигается тем, что при определении параметров путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторнык сил при заряде в поле коронного разряда в процессе зарядки дополнительно из меряют скорость нарастания деформации, величину пондеромоторной силы в момент появления деформации на поверхности слоя и ее величину для двух последовательных моментов времени, по которым судят о значениях реологических параметров. Величину пондеромоторной силы можно определить измерением потенциала поверхности или тока, текущего через слой 2 з,п. ф-лы.291845 2вестных способов, например путем измерения потенциала ыа поверхностиисследуемого слоя Ч, либо путем измерения величины сквозного тока через слой в процессе зарядки определяется значением пондеромоторнойсилы Р, После выполнения указанныхизмерений расчетным путем определяются механические параметры реологической среды. Поскольку скоростьроста деформации обусловлена величиной приложенной пондеромоторнойсилы и существенно связана с реологией слоя, то по их известному значению можно вычислить динамическуювязхость, модуль сдвига и время релаксации.Введем обозначения:- относительная деформация; Г. - времяпроцесса, отсчитанное от моментапоявления деформации; 7 - потенциал слоя с - коэффициент поверхностного натяжения; Й - толщинаслоя;- диэлектрическая проницаемость слоя;- диэлектрическаяпроницаемость воздуха; К = (1,1, ) 1 - рассеивающая способность; 1, и 1 - интенсивностьпадающего и отраженного света соответственно; С - модуль сдвига;динамическая вязкость;- времямеханической релаксации; Р - пондеромоторная сила; о - скорость роста деформации;- ток градуировки; ь - ток, обусловленный коронным разрядом; Х - константа зарядного устройства.(2) 7 ю ГЙ) 3.) () ( )о цо Д где Изобретение относится к исследованию реологических характеристик тонких слоев полимерных материаловЦелью изобретения является увеличение точности сокращение.длительности и трудоемкости определения реологических параметров тонких слоев полимерных материалов.Сущность способа определения вязкоупругих параметров сред путем деформирования поверхности слоя исследуемой среды под действием пондеромоторных сил при зарядке в поле коронного разряда состоит в том, что в процессе зарядки дополнительно измеряют скорость нарастания деформации и пондеромоторную силу по величине которых и изменению во времени судят о значениях вязкоупругих параметров среды.20Скорость нарастания деформации может быть измерена по изменению величины логарифма рассасывающей способности деформированной поверхности ис 25 следуемого слоя.Величина пондеромоторной силы может быть определена измерением потенциала поверхности или по значению тока, текущего через слой.Предварительно нагретый тонкий слой реологической среды помещается в электрическое поле коронного разряда и заряжается, В результате нагрева и зарядки свободная поверхность слоя деформируется под действием пон- З 5 деромоторных сил электрического поля, Момент возникновения деформации и дальнейшее ее развитие на поверхности регистрируется одним из известных методов, например оптическим. При этом параллельный световой пучок направляется на поверхность среды под произвольным углом, отличным от нуля. Отраженный пучок регистрируется фоточувствительным элементом и при этом усиливается. При появлении деформации часть света рассеивается, что приводит к уменьшению интенсивности отраженного пучка, которое ре гистрируется фотоприемником, связанным с самописцем, снимающим график функции 1 пК = Г(С), где К - рассеивающая способность деформированной поверхности слоя, 1 - время действия 55 пондеромоторных сил, Тангенс угла наклона указаннои зависимости определяет величину скорости роста деформации й , Одновременно одним иэ изпо законуРассеивающая способность К анало- гично На начальном этапе формирования и роста деформации Ы = ф и, следовательно, из выражений (1) и (2) может быть определена скорость роста деформаций и , как тангенс угла наклона кривой 1 пК = й(й) на ее прямолинейном участке, Эта максимальная скорость роста связана с потенциалом поверхности следующим образом с с с 1 /ц) -у - ( ) 2 2 рй0 4 Р3 1291845Выражению (3) удобно придать другой вид(4) 15 П р и м е р 1. Определяются реологические параметры сополимера бутил метакрилата со стиролом БМК. Измерения проводятся на тонком слое20 материала толщиной 1,4 мкм, нагретомдо 60 С. При этой температуре д =ВН= 40 --- , Ч = 580 В.см фИсследуемыи слой на проводящей25подложке помещается в разрядный промежуток устройства коронного разряда, где на свободную поверхностьзаземленного слоя наносятсяэлектрические заряды при потенциале на коронирующих электродах 7,6 кВ. На экране осциллографа или на ленте самописца фиксируется кривая 1 пК = Г(1), по наклону которой определяется скорость 35 роста деформации а = 0,12 с , Одновременно на другой дорожке самописца фиксируется изменение потенциалаповерхности в процессе зарядки иопределяется величина пондеромоторной силы в момент начала деформацииР = 30 4: 10. Иэ соотношенияН1 ф м(4) рассчитывается динамическая вязкость 111= 6,3 10 Па, с, а из (5) 45 время механической релаксации,з2,2 1 С с. Измерение для двух моментов времени Т = 0,5 с и г. = 1,5 сот начала деформирования численныхзначений Р и Р , равных Р = 3,2 х1 а ф50 6 Н Нх 10 -- иР = 36 -- дает пом 1 2 э м 2 У5 Нформуле (9) С = 24,6 10Если тот же слой нагреть до 95 С, 5 он заряжается до поверхностного потенциала 210 В, скоростьроста деформации приобретает значение- ь)1С = Г (Р+С),(8) где С - постоянная. Формула (4) используется при численных расчетах динамической вязкости, Величина пондромоторной силы Р может быть измерена как путем измерения потенциала поверхности Ътак и тока, текущего сквозь слой, что подтверждается аналитическими выражениями вида По известной величине р вычисляется одновременно и время механической релаксации-1 Й(5) При этом величина коэффициента поверхностного натяжения принимается известной. Наоборот, если известны р и 1, , можно расчитать численное значение коэффициентаУравнение, списывающее связь механических параметров реологических сред с величиной пондеромоторной силы, имеет вид Р = С +Р 1 . (6) Поскольку на слой действует переменная пондеромоторная сила, т,е, йРЙО, то продифференцируем это уравнение по времени и учтя, что параметр вязкости1- величина, не зависящая от времени, а также й/й = 0 в силу постоянства скорости роста деформации д имеем Интегрирование этого уравнениядает результат1 Для ее определения рассмотрим два произвольных момента времени, отсчитываемых от начала появления де- . Формации - й, и . Тогда окончательно выражение для модуля сдвига имеет вид- и 11 -ытР (1 Р ) Р СС = - - рГГ,-Гд В формуле (9) Р, и Р - это величины пондеромоторной силы, взятыев момент времени 1 и С соответ 1ственно,Для удобства расчета положим С=О,что соответствует моменту началаобразования деформацииТогда окончательная расчетная формула приобретает вид1291845 Таким образом, предлагаемый способ позволяет провести все измерения в едином процессе., ряжают поверхность слоя и измеряют величину тока сквозь слой в моментпри котором скорость роста деформации была равна 2,1 сДля двух моментов времени, отли 5 Н чающихся на 0,5 с, Р, = 4,9 1 О Составитель В,Крутин Редактор Г.Волкова Техред И. Попович Корректор В.БутягаЗаказ 224 ф/41 Тираж 777 Подпи сно е ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4 ь Н5 б " 10 -- . Вычисление значениямя, Т и Ы соответственно составляютФ Р 3,8 10 Па с; 1,3 с; 3,9 10 -- .мП р и м е р 2. Проведено определение реологических параметров слоя сополимера бутилметакрилата с акрилонитрилом толщиной 1,5 мкм, нагретогоо ПН до 55 С, имеющего А= 36 --- . За- см Р, - 7,0 10Вычисляем 1 ц = 5,8 10 Па с,22 с, С 1:10П р и м е р 3. Проведено определение параметров реологии слоя канифоли толщиной 22 мкм, нанесенного на медную пластинку. Слой нагревается до температуры 96 С. При этойПНтемпературе Ы = 28 --= 3 5.смЗарядка проводится при потенциале коронирующей нити 7 кВ. Потенциал поверхности слоя, измеренный в момент начала деформации, составляет 370 В; со= 4,32 с.Для двух моментов времени, отличающихся на 0,25 с, находим:з Н з НР = 4 5 10 --Р = 6 6 10 ,м фф мРасчитанные значения: р= 2,6 х х 10 Па,с, Т=2 с, С = 34 хз Нх 10м Процесс определения искомых параметров не связан с определением промежуточных величин, требующих дополнительного оборудования и вносящих свою погрешность в значения реологических параметров, что повышает точность измерений,Формула изобретения 15 1, Способ определения вяэкоупругих параметров сред путем деформирования поверхности слоя исследуемойсреды под действием пондеромоторныхсил при зарядке в поле коронного.20 разряда и измерения деформаций поверхности слоя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличенияточности, сокращения длительностии трудоемкости определения, в про цессе зарядки,цополнительно измеряют скорость нарастания деформации ивеличину пондеромоторной силы в момент появления деформации и для двухпоследующих моментов времени, по ве- ЗО личине которых судят о значенияхвяэкоупругих параметров.2, Способ по п.1, отличаю -щ и й с я тем, что скорость нарастания деформации измеряют по изменению величины логарифма рассеивающейспособности деформированной поверхности исследуемого слоя. 3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что величину пондеромоторной силы определяют измерением потенциала поверхности или по значению тока, текущего через слой.