Капиллярный вискозиметр для вязких систем

Метод капиллярной вискозиметрии основывается на законе Пуазейля о вязкой жидкости, описывающий закономерности движения жидкости в капилляре:

η= p R ⁴ p /8 QL

R – радиус капилляра вискозиметра, м

L – длина капилляра вискозиметра, м

Q – количество жидкости, протекающей через капилляр за единицу времени, м³/с

p – разность давлений на концах капилляра вискозиметра, Па

Капиллярные реометры действуют на 2 принципах:

а) экструзионное давление постоянное (регулируется), а объемная скорость течения (т.е. скорость сдвига) регистрируется как переменная величина;

б) объемная скорость течения постоянна (постоянный расход), а экструзионное давление регистрируется как переменная величина.

Капиллярный реометр Rosand RH2000 осуществляет регулируемую экструзию (по объемному потоку) образца через прецизионную экструзионную головку (капилляр) известных размеров, позволяя определить свойства текучести материала, как правило, при высокой нагрузке (или давлении) и/или высокой скорости сдвига. Конфигурация с двухканальным цилиндром и капилляром "нулевой длины" позволяет одновременно определить сдвиговую и продольную вязкость (вязкость при удлинении) в зависимости от скорости сдвига (или деформации).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Объекты исследования:

Ньютоновские жидкости: различные олигомеры

Неньютоновские жидкости: расплавы различных полимеров

Приборы и приспособления:

1)Ротационный реометр DHR 2 (TA Instruments) с измерительной системой «плоскость-плоскость» для определения вязкости (рис.3).

Описание DHR 2 (TA Instruments):

Универсальный модульный ротационный динамический реометр на воздушных подшипниках для исключения влияния трения.

Показатель	Технические характеристики
Минимальный крутящий момент в осцилляции	2 нН.м
Минимальный крутящий момент устойчивого сдвига	10 нН.м
Максимальный крутящий момент	200 мН.м
Разрешение по крутящему моменту	0,1 нН.м
Минимальная частота	1.0E-07 Гц
Максимальная частота	100 Гц
Минимальная угловая скорость	0 рад/с
Максимальная угловая скорость	300 рад/с
Разрешение по смещению	10 нрад
Шаговое изменение деформации	15 мс
Шаговое изменение скорости	5 мс
Максимальная нормальная сила	50 Н
Чувствительность нормальной силы	0,005 Н
Разрешение нормальной силы	0,5 мН

 

· диапазон крутящего момента 200 нНм.. 0.2 Нм,

· диапазон измерения нормального усилия 0.01.. 50 Н (в позитивном и негативном направлении), разрешение нормального усилия 0,001 Н,

· скорость вращения (CS) 10-7.. 1500 об/мин,

· скорость вращения (CR) 10-5 (опционально от 10-7) до 1500 (опционально 4500) об/мин,

· диапазон частоты 10-5.. 100 Гц.

· Инерционность привода 10 μkgm2.

Необходимое оборудование:

· циркуляционный термостат для работы вблизи и ниже комнатной температуры

· линия сжатого воздуха (безмасляный осушенный воздух 2,5 бар)

· компьютер РС с интерфейсом RS232

Рис.3. Ротационный реометр DHR 2 (TA Instruments) с измерительной системой «плоскость-плоскость»

Работа 1. Определение зависимости вязкости от температуры

Цель работы: Получение навыков работы на реометре по определению зависимости вязкости от температуры и расчета энергии активации вязкого течения.

Порядок выполнения работы

1. Включить ротационный реометр DHR 2:

- запустить компрессор

- включить термостат и контроллер температуры

- включить реометр.

2. Запустить программу для обработки данных TRIOS.

3. Задать значение базовой температуры (25°С). Сделать калибровку нулевого положения пластин.

4. На стальную плоскость реометра поместить нужное количество эпоксидной смолы. Задать зазор (Gap) 1 мм. Опустить ротор.

5. В программе TRIOS на панели инструментов в закладке выбрать иконку с нужным видом эксперимента:

6. В программе задать следующие параметры:

- режим измерений (CR – изменение скорости сдвига)

- интервал температур измерения 20-150°С,

- скорость вращения ротора 10с^-1.

7. Запустить измерение. В процессе эксперимента получить следующую картину (зависимость вязкости от температуры)

Рис.9. Зависимость вязкости смолы от температуры

 

8. Построить зависимости вязкости эпоксидных смол от температуры в логарифмических координатах lnh - 1/Т.

9. Рассчитать энергию активации вязкого течения по уравнению Аррениуса-Френкеля-Эйринга (АФЭ):

,

где Е – энергия активации; А – константа, R – газовая постоянная.