DE1473523A1 - Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe - Google Patents

Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe

Info

Publication number
DE1473523A1
DE1473523A1 DE19631473523 DE1473523A DE1473523A1 DE 1473523 A1 DE1473523 A1 DE 1473523A1 DE 19631473523 DE19631473523 DE 19631473523 DE 1473523 A DE1473523 A DE 1473523A DE 1473523 A1 DE1473523 A1 DE 1473523A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
oscilloscope
measuring
torque
deflection
oscillator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19631473523
Other languages
English (en)
Other versions
DE1473523C3 (de
DE1473523B2 (de
Inventor
George Decker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Monsanto Co
Original Assignee
Monsanto Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Monsanto Co filed Critical Monsanto Co
Publication of DE1473523A1 publication Critical patent/DE1473523A1/de
Publication of DE1473523B2 publication Critical patent/DE1473523B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE1473523C3 publication Critical patent/DE1473523C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
    • G01N11/162Oscillations being torsional, e.g. produced by rotating bodies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058Kind of property studied
    • G01N2203/0092Visco-elasticity, solidification, curing, cross-linking degree, vulcanisation or strength properties of semi-solid materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe, durch Drehmoment-und/oder Wegmessung bei einer auf eine Elastomer-Probe aufgebrachten Torsionswechselbelastung.
  • Verfahren zur Bestimmung des Aushärtestadiums von Gummistoffen waren bereits Gegenstand ausgedehnter Untersuchungen. Die klassischen Methoden gründen sich im allgemeinen auf die physikalischen Eigenschaften getrennter Gummiproben, welche in verschiedene Aushärtungsstadien ausvulkanisiert sind. Die in Betracht kommenden Arbeitsweisen and jedoch insbesondere deswegen nachteilig, weil sie die Untersuchung einer großen Anzahl einzeln vorbereiteter Proben erfordern.
  • Es sind auch bereits Instrumente zur kontinuierlichen Aufnahme von Festigkeit-und Steifheitsänderungen von Gummiproben während der Vulkanisierung bekannt geworden. Diese bekannten Instrumente lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen.
  • Die erste Gruppe dieser Einrichtungen dient im wesentlichen der Messung der elasto-plastischen Eigenschaften von Elastomeren und ist allenfalls für die Untersuchung sehr früher Aushärtungsstadien anwendbar. Zu dieser Gruppe von bekannten Vorrichtungen gehört beispielsweise das sogenannte Mooney-Viskosimeter, das in dem Aufsatz von Mooney, M. in Ind. Eng. Chem. (Anal. Ed.) 6, 147/1934 beschrieben wurde und das auch Gegenstand der USA-Patentschrift 2 037 529 ist. Dieses Germa hat weite Anwendung gefunden, um die Schmorung oder Vorvulkanisation ("scorch") zu bestimmen und wurde durch Weiterbildungen verbessert, die Gegenstand der USA-Patentschriften 2 722 832 und 2 737 805 sowie der britischen Patentschrift 578 496 sind. Die Prüfung der Elastomere in diesen Einrichtungen erfolgt mittels einer stetigen Belastung durch eine rotierende Scheibe, die sich innerhalb des Elastomeres bewegt. Da bei zunehmender Aushärtung des Elastomeres die verzahnte Scheibe den zu untersuchenden elastomeren Körper wie eine Schleifscheibe abschleift, ist durch die fehlende Kraftübertragung keine weitere Messung mehr möglich, so daß mit diesen Geräten eine direkte Untersuchung der Aushärtekenndaten mit Ausnahme der früheren Aushärtungsstadien nicht mehr durchgeführt werden kann. Das Elastomer muß also bei diesen Geräten in einem weitgehend viskosen Zustand vorliegen. Dies setzt zwangsläufig eine Aufnahme der zu untersuchenden Proben in kammerartigen Formen voraus, in denen sie unter Druck gehalten sind.
  • Die zweite Gruppe der Einrichtungen zur Untersuchung der Eigenschaften von Elastomeren befaßt sich mit solchen Elastomeren, die nur noch gering oder überhaupt nicht mehr plastisch formbar sind und bei denen die Änderungen der elastischen Verformbarkeit bestimmt werden sollen. Zu diesen Einrichtungen gehört beispielsweise der Gegenstand der deutschen Auslegeschrift 1 088 253. Bei der in dieser Auslegeschrift beschriebenen Einrichtung wird im Gegensatz zu den Einrichtungen, die der Untersuchung von Elastomeren niedriger Viskosität dienen und die große Verformungswege besitzen, nur ein sehr geringer Verformungsweg benutzt, der im wesentlichen durch die Schwingungsamplitude einer Wechselverformung gegeben ist. Die Vorrichtung zur Durchftihrung des in der deutschen Auslegeschrift 1 088 253 beschriebenen Verfahrens ist als sogenanntes"Agfa-Vulkameter"in der Praxis bekannt geworden.
  • Der wesentliche Mangel dieses Meßgerätes ist darauf zurückzufUhren, daß in diesem Gerät die zu untersuchende Probe während der Vulkanisierung nicht unter Druck gehalten wird, was durch die entstehenden Blasen und das Fließen während der Vulkanisation zu einer so großen Änderung der elasto-plastischen Eigenschaften führt, daß den ermittelten Meßwerten keine wirkliche Bedeutung beigemessen werden kann, was insbesondere dadurch unterstrichen wird, daß die ermittelten Meßwerte nicht immer reproduzierbar sind.
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, die sowohl bei im wesentlichen plastischem Zustand, als auch bei im wesentlichen elastischem Zustand des Prliflingr zu exalden und reproduzierbaren Prüfungsergebnissen fiihrt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elastomer-Probe innerhalb einer Druckkammer zumindest zu Beginn des Priifvorganges unter Druck gesetzt wird. Vorzugsweise wird die Torsionswechselbelastung dabei mittels eines Oszillators erzeugt, der in der Elastomer-Probe Scherschwingungen erzeugt und es wird eine Messung des zur Schwingungserzeugung erforderlichen Drehmomentes vorgenommen. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, zusätzlich die Auslenkung des Oszillators zu messen. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn ein dem aus dem Oszillator aufgebrachten Drehmoment zugeordnetes Signal sowie ein der Auslenkung des Oszillators zugeordnetes Signal erzeugt werden, wenn das Drehmomentsignal einem Oszilloskop über eine R-C-Phasenschieberkette und das Auslenkungssignal dem Oszilloskop direkt zugeführt wird und wenn die Phasenschieberkette so abgestimmt wird, daß auf dem Oszilloskop eine gerade Linie erhalten wird.
  • Eine besonders günstige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der innerhalb einer eine zu untersuchende Elastomer-Probe enthaltenden Kammer eine auch die Elastomer-Probe eine Scherspannung übertragende Scheibe angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Drehschwingungsbewegung sowie einer Meßeinrichtung zur Messung des zur Schwingbewegung erforderlichen Drehmomentes verbunden ist, wobei es sich als günstig erwiesen hat, wenn gleichzeitig eine Meßeinrichtung zur Messung der Schwingungsauslenkung vorgesehen ist. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, die Einrichtung zur Drehmomentmessung als Spannungswandler und die Einrichtung zur Messung der Sc hwingungsauslenkung als Dehnungsmeßgerät auszubilden. Bevorzugt wird dabei eine Ausführungsform, bei der der Ausgang des Dehnungsmeßgerätes mit den Anschlüssen von Ablenkplatten des Oszilloskops und der Ausgang des Spannungswandlers mit den Anschlüssen einer weiteren Ablenkplatte des Oszilloskops in Verbindung steht und wenn zwischen einem der Wandler und den zugeordneten Plattenanschlüssen des Oszilloskops eine abgleichbare Phasenschieberkette geschaltet ist.
  • Die Erfindung vermittelt also ein Einzelinstrument, welches im Verlauf der Vulkanisierung kontinuierlich die kompletten Aushärte-Kenndaten und dynamischen Eigenschaften einer einzelnen, unter Druck gehaltenen Versuchsprobe mißt. Das erfindungsgemäße Instrument umfaßt im wesentlichen einen zu erzwungenen Schwingungen erregten Oszillator, welcher in ein unter Druck stehendes plastisches Material von konstantem Volumen eingebettet wird. Die Einführung und Herausnahme der Probe wird durch relativ zueinander verschiebliche Ständer-Abschnitte vermittelt, welche den Oszillator umschließen. Der Oszillator bewegt sich, während die Probe aufgeheizt und unter Druck gehalten wird, derart über einen kleinen Schwingungsbogen, daß das plastische Material der Scherwirkung des Oszillators unterliegt. Sowohl Spannung als auch Verformung ("stress and strain") werden durch passende Wandler gemessen. Die Spannung wird durch Mittel zur Angabe derjenigen Torsionskraft bestimmt, welche erforderlich ist, um die Scherspannung anzulegen ; die Verformung oder Dehnung wird durch Mittel bestimmt, welche gleichzeitig die Oszillator-Auslenkbewegung messen. Es sind Vorkehrungen getroffen, um sowohl Frequenz als auch Verformung ändern zu können. Das erfindungsgemäße Instrument vermittelt ein bequemes Werkzeug zur Bestimmung der Vorvulkanisationszeit, der Vulkanisations-Geschwindigkeit ("curing rate"), der optimalen Aushärtezeit und der Veränderungen der dynamischen Eigenschaften einer Gummiprobe.
  • In Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch die Mitte des erfindungsgemäßen Rheometers dargestellt. Eine sinusförmig schwingende Scheibe 1 oszilliert über einen kleinen Winkel von beispielsweise 2°.
  • Es sind Vorkehrungen getroffen, um die Amplitude von 1° bis 6° ändern zu können. Obere und untere Gesenke oder Backen 2, 2'bilden die Prüfkammer ; die Gesenke sind auf metallenen Tischen oder Platten 3, 3'befestigt, wobei finir die Platten beispielsweise Aluminium verwendet werden kann. Die Platten werden mit einer Toleranz von t 1° F bei einer spezifischen Temperatur gehalten und zwar vermittels einer nicht dargestellten Temperatursteuerung. Der die Scheibe 1 aufnehmende Hohlraum kann zum Zwecke der Einführung und Entnahme einer Versuchsprobe geöffnet werden ; während des Versuches ist er jedoch durch einen Preßluft-Zylinder 4 geschlossen gehalten.
  • Als Preßluft-Zylinder hat sich ein 8"-Zylinder als zweckmäßig erwiesen, wobei der Druck 50 bis 60 psi betragen kann. Die Größe der zu untersuchenden Probe kann variieren ; es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, wenn die Probe aus zwei Scheiben von näherungsweise 1/4"Dicke und 1-3/4"Durchmesser besteht.
  • Die Schwingbewegung der Scheibe 1 kann durch einen Exzenter 5 erregt werden, welcher seinerseits von einem Motor 6 mit variabler Geschwindigkeit angetrieben sein kann. Das erforderliche Drehmoment, um die Scheibe in Schwingung zu versetzen und damit der Gummiprobe eine Scherspannung zu erteilen, wird durch einen Spannungswandler 7 gemessen. Der Spannungswandler oder-übextrager 7 umfaßt mit einem Hebel 8 verbundene Dehnungsmesser ("strain gauges"), wobei der Hebel 8 die Scheibe mit dem Exzenter 5 verbindet. Die Oszillator-Auslenkbewegung der Scheibe 1 wird gleichzeitig von einem Differentialumformer 9 gemessen.
  • Die Metallplatten 3, 3'enthalten kreisförmige Heizelemente 10, 10.
  • Die Bemessung der Teile kann beispielsweise folgendermaßen sein : Metallplatten 3, 3'von 9"Durchmesser ; Tiefe der die Heizelemente und die Gesenke enthaltenden Hohlräume 3/8"; und Durchmesser des Gesenk-Hohlraumes 4". Die untere Metallplatte 3'ruht auf einem Gehäuseelement 11 auf, welches beziiglich einer Zylinder-Vorsatzplatte 12 durch Sttitzstangen 13, 13'ortsfest gehaltert ist.
  • Das Gehäuse ruht seinerseits auf einer Grundplatte 14 auf. Eine Welle 15 enthält eine Klemmhülsen-und Zugstangen-Anordnung 16, 16' ("collet and draw bar assembly"). Die Scheibe 1 ist durch Klemmhülse und Zugstange fest mit der Welle verbunden. Die Achse 17 der Scheibe 1 und die Öffnung der Klemmhülse weisen vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt auf, welcher dazu beiträgt, ein Schlüpfen und Spiel während des Schwingzyklus zu vermeiden. Eine Reibung der Welle 15 während der Oszillation wird durch Kugellager 18,18'reduziert.-Die die Torsionskraft oder das Drehmoment messende Vorrichtung kann durch Aufbringen einer Gewichtsbelastung geeicht werden, wobei eine geringfUgige Verwindung ("distortion") des Hebels von den empfindlichen Dehnungsmessern aufgenommen wird. Die sinusförmigen Signale aus den beiden Wandlern 72 9 werden vorzugsweise verstärkt und in geeignete Aufzeichnungs-und Ablesegeräte eingespeist.
  • So können beispielsweise die dynamischen Eigenschaften bei höheren Frequenzen durch gleichzeitiges Aufnehmen der Spannungs-und Dehnungssignale auf einem Oszillograph und der auf einem Oszilloskop dargestellten Spannungs-Dehnungs-Ellipse bestimmt werden. Der dynamische Modul kann in bekannter Weise aus der auf dem Oszillograph aufgenommenen Spannung (tatsächliche Torsionskraft ; actually torque) bestimmt werden. Die durch die Schwingungsbewegung erteilte Verformung oder Dehnung kann als Sinuswelle dargestellt werden. Die resultierende Spannung besitzt ebenfalls die Kennzeichen einer Sinuswelle, unterscheidet sich jedoch in der Phase. Der Phasenunterschied, welcher unter dem Namen Verlustwinkel bekannt ist, kann dadurch bestimmt werden, daß der Widerstand in einer geeichten, zwischen dem Spannungssignal und dem Oszilloskop angeordneten R-C-Phasenschieberkette solange verlängert wird, bis die Spannungs-und Dehnungssignale in Phase sind, was durch Zusammenfallen der Spannungs-und Dehnungslinien angezeigt wird. Dabei entartet die Ellipse in eine gerade Linie. Verlustwinkel von wenigen Graden lassen sich mit einer Genauigkeit von 0., O, 2° messen. Der Real-und Imaginärteil des komplexen dynamischen Moduls kann aus dem Verlustwinkel und den dynamischen Verlustwerten in bekannter Weise berechnet werden.
  • (Payne, A. R., and Scott, J. R.,"Engineering DesignWith Rubber", IntersciencePublishers, Inc., NewYorkl960, Kap. 2). Im wesentlichen bringt dies die Auswertung eines rechtwinkligen Dreiecks in einem Vektordiagramm mit sich, wobei das gemessene Drehmoment die Resultierende, die dem Phasenwinkel gegediberliegende Seite die viskose Komponente und die anliegende Seite die elastische Komponente des Moduls ist.
  • Das Verfahren zur Bestimmung des Phasenwinkels ist im einzelnen in Fig. 2 illustriert. Das Spannungssignal 19 und das Dehnungssignal 20 aus einem Verstärker 21 werden in ein Oszilloskop 22 eingegeben. Das Spannungssignal wird jedoch über eine geeichte Widerstands-Kapazität-Phasenschieberkette 23 geleitet, welche einen veränderlichen Widerstand 24 und eine Kapazität 25 aufweist, die wahlweise ebenfalls veränderlich sein kann. Am Oszilloskop nimmt ein Satz von Klemmen den Spannungssignal-Eingang 26 und ein zweiter Satz von Klemmen den Dehnungssignal-Eingang 27 auf. Nach Beginn der Schwingbewegung des Oszillators 1 wird die Phasenschieberkette solange nachgestellt, bis sich die auf dem Oszilloskop erscheinende Ellipse 28 in eine gerade Linie zusammenzieht. Auf dem Oszilloskop wird durch kontinuierliche Einstellung der Phasenschieberkette im Verlauf der Versuchsdauer eine einzelne Linie aufrecht erhalten. Der Phasenwinkel kann direkt aus der Eichkurve abgelesen werden, welche die Skalenablesung der Phasenschieberkette mit dem Phasenwinkel in Beziehung setzt. Die Eichung wird natürlich in bekannter Weise aus der Stromfrequenz, dem Widerstand und der Kapazität berechnet.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch beschickt, daß die Scheibe 1 aus dem Hohlraum herausgenommen wird, die Achse 17 durch die Mitte einer Versuchsprobe eingefiihrt und die Scheibe wieder angebracht wird. Hierauf werden die zweite Testprobe auf die Oberseite der Scheibe gelegt und die Backen 2, 2'geschlossen, wodurch der Gummi gezwungen wird, die Scheibe 1 zu umgeben und den Hohlraum vollständig auszufüllen. Die Oszillatorgeschwindigkeit der Scheibe kann von 0 bis 1100 Schwingungen pro Minute verändert werden. Bei einem Arbeitsbeispiel zur Messung dynamischer Eigenschaften wurde die Scheibe über einen Bogen von 2° mit einer Frequenz von 852 Schwingungen pro Minute (14,2 Hz) in Schwingung versetzt ; um die Aushärte-Kenndaten zu messen, wurde die Scheibe mit einer Schwingung pro Minute über den nämlichen Bogen von 2° in Schwingung gehalten. Das verstärkte Spannungssignal kann auf einem üblichen (nicht dargestellten) Meßstreifen-Aufzeichner oder Linienschreiber ("strip chart recorder") aufgenommen werden. Die tatsächliche experimentelle Aufzeichxng des Meßstreifens setzt die Steifheit in Drehmoment-Einheiten ("inch pounds") in Beziehung mit der in Minuten gemessenen Zeit. Auf einem solchen Registrierstreifen können bei der niederen Frequenz die üblichen Aushärte-Parameter eines Gummistoffes, z. B. Vorvulkanisierzeit, Induktionszeit, Vulkanisiergeschwindigkeit, optimale Aushärtung und Reversions-Kenndaten leicht ermittelt werden. Bei dieser niederen Frequenz ist der Einfluß der viskosen Komponente des Gummis bei einem Minimum gehalten. Die Phasenschieberkette ist nicht erforderlich.
  • In Fig. 3 ist die hervorragende Übereinstimmung der Rheometer-Steifheits-Daten mit Spannungs-Dehnungs-Daten dargelegt. In der Figur wird der Yerlauf der kontinuierlichen Rheometer-Steifheit, wie er bei einer Frequenz von einer Schwingung pro Minute bei 144° C erhalten wurde, mit den 300%-Moduluswerten verglichen, wie sie zu verschiedenen Aushärte-Zeiten bei einem Sulfenamid-beschleunigten, natürlichen Reifenprofilgummi erhalten wurden. Zu Vergleichszwecken sind sowohl die Rheometer-als auch die Spannungs-Dehnungs-Daten in Fig. 3 in Prozenten ihrer jeweiligen maximalen Steifheit bzw.
  • Moduli wiedergegeben. Gemäß der Erfindung können also in begrüßenswerter Weise die üblichen Vulkanisations-Parameter vollständig aus einem einzigen Rheometerversuch bestimmt werden, während es zur vollständigen Bestimmung dieser Parameter mit Hilfe der üblichen Techniken allgemeiner Gebrauch ist, eine Kombination von Spannungs-Dehnungs-und Mooney-ViskositSits-Daten zu verwenden. Der Vorteil eines einzigen Instrumentes und eines einzigen Versuchsablaufs bei der Bestimmung aller erforderlichen Parameter ist offensichtlich.
  • Da zahlreiche der praktischen Anwendungen von elastomeren Stoffen eine dynamische Biegung einschließen, ist die Kenntnis der dynamischen Eigenschaften im Verlauf der Vulkanisation wichtig. Die Optimalwerte mancher wesentlicher dynamischer Größen einer Gummiprobe fallen nicht notwendigerweise mit der optimalen Aushärtung zusammen, wie sie durch statische Einrichtungen gemessen wird. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Rheometers bei höheren Frequenzen und durch Messung sowohl von Spannung und Dehnung als auch des Phasenwinkels zwischen diesen Größen können die Werte für den elastischen In-Phasen-Modul und den auf die viskose Außer-Phase-Komponente zurückgehenden Verlustmodul berechnet werden. Fig. 4 gibt eine Aufzeichnung des elastischen In-Phasen-Modul S', der viskosen Außer-Phasen-Komponente des Moduls S"und des Phasenwinkels wieder, und zwar aufgetragen gegen die Aushärte-Zeit und aufgenommen bei einem Sulfenamid-beschleunagten, bei 144° C vulkanisierten S-BR-Reifenprofilgummi. S'und S"sind in den Drehmoment-Einheiten inch pounds aufgetragen und können als Faktoren betrachtet werden, welche der Steifheit des Gummis zugeordnet sind. In Fig. 4 sind die Ergebnisse zweier unabhängiger Versuchsreihen aufgetragen.
  • Aus den Ergebnissen beider Versuchsreihen ergibt sich eine hervorragende Reproduzierbarkeit. Aus den bekannten Abmessungen und der Geometrie der oszillierenden Scheibe und des Proben-Hohlraumes kann der dynamische Schermodul berechnet werden ; solche Berechnungen bilden jedoch keinen Bestandteil der Erfindung. Obwohl die in Fig.-4 dargestellten Werte aus einzelnen Messungen des dynamischen Gesamtmoduls S* aufgezeichnet sind und der Phasenwinkel bei verschiedenen Intervallen genommen ist, können der Phasenwinkel und S-auch kontinuierlich mit geringfügiger Minderung der Genauigkeit aufgezeichnet werden und zwar mit Hilfe eines Phasenmessers und von Wechselstromaufzeichnern, so daß sich eine kontinuierliche Aufnahme im Verlauf der Vulkanisierung ergibt.
  • Es läßt sich eine gute Korrelation zwischen der Mooney-Viskositäts-Kurve und der Rheometer-Kurve erzielen, wenn die Kurve für den komplexen dynamischen Modul S * bei höheren Frequenzen bestimmt wird. Fig. 5 illustriert die Beziehung zwischen der Kurve für den komplexen dynamischen Modul S * bei Frequenzen von 14,2 Hz und den Mooney-Viskosität-Werten.
  • Die Erfindung wurde unter Verwendung einer konischen oder sich verjüngenden Schwingscheibe 1 beispielhaft erläutert. Es können jedoch auch oszillierende Zylinder oder andere Schwingglieder zur Anwendung kommen. Die konische Form ist für die Durchführung der Erfindung in keiner Weise notwendig, sie hat jedoch den Vorteil, daß durch sie die Berechnung des dynamischen Moduls aus den in der Literatur aufgefilhrten Gründen vereinfacht wird. Durch die Verwendung einer konischen Scheibe mit einander ähnlichen oberen und unteren Abschnitten wird das Scherverhältnis ("rate of shear") konstant. Es läßt sich zeigen, daß ein Aufrauhen der Oberfläche-und zwar sowohl bei der Scheibe als auch bei der Prtifkammer-nicht erforderlich ist. Bei der Verwendung einer glatten, in der Gummiprobe schwingenden Scheibe und bei Einschluß der Gummiprobe in ein Gesenk mit glatten Flächen konnte ein Schlupf nicht nachgewiesen werden. Es können jedoch durch eine Kreuzschraffierung oder andere Maßnahmen aufgerauhte Oberflächen zur Anwendung kommen. Eine Kreuzschraffierung von 1/32 Quadratzoll mit 0, 015" Tiefe ist zweckmäßig. Wahlweise können auch radiale "V"-Rillen in die Scheibe eingebracht werden. Wo von den Meßwerten abgeleitete Rechnungen nicht erforderlich sind, ist die Geometrie des Schwinggliedes unwesentlich.
  • Das erfindungsgemäße Rheometer kann dazu dienen, die rheologischen Eigenschaften unvulkanisierter Elastomerer auszuwerten und zu berechnen. Die Viskositäten von manchen elastomeren Stoffen und Ruß-Grundmischungen sind zu groß, um mit den landläufig verfügbaren Instrumenten, beispielsweise dem Mooney-Viskosimeter, bestimmt werden zu können. Das erfindungsgemäße Instrument überwindet diese Schwierigkeit. Es können in der Tat die rheologischen Eigenschaften jedweder elastomerer Stoffe ausgewertet werden.

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe durch Drehmoment-und/oder Wegmessung bei einer auf eine Elastomer-Probe aufgebrachten Torsionswechselbelastung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Probe innerhalb einer Druckkammer zumindest zu Beginn des Prüfvorganges unter Druck gesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf3 die Torsionswechselbelastung mittels eines Oszillators erzeugt wird, der in der Elastomer-Probe Scherschwingungen erzeugt und daß eine Messung des zur Schwingungserzeugung erforderlichen Drehmomentes vorgenommen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Auslenkung des Oszillators gemessen wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem auf den Oszillator aufgebrachten Drehmoment zugeordnetes Signal sowie ein der Auslenkung des Oszillators zugeordnetes Signal erzeugt werden, daß das Drehmomentsignal über eine R-C-Phasenschieberkette einem Oszilloskop und das Auslenkungssignal dem Oszilloskop direkt zugefuhrt wird und daß die Phasenschieberkette so abgestimmt wird, daß auf dem Oszilloskop eine gerade Linie erhalten wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bei der innerhalb einer eine zu untersuchende Elastomer-Probe enthaltenden Kammer eine auf die Elastomer-Probe eine Scherspannung übertragende Scheibe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß I3 die Scheibe (1) mit einer Einrichtung (5,6) zur Erzeugung einer Drehschwingungsbewegung sowie einer Meßeinrichtung zur Messung des zur Schwingbewegung erforderlichen Drehmomentes verbunden ist.
  6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (9) zur Messung der Schwingungsauslenkung vorgesehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Drehmomentenmessung ein Spannungswandler (7) und die Einrichtung zur Messung der Schwingungsauslenkung ein Deh nungsmeßgerät (9) ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dal3 der Ausgang des Dehnungsmeßgeräts (9) mit den Anschlüssen von Ablenkplatten des Oszilloskops und der Ausgang des Spannungswandlers (7) mit den Anschlüssen einer weiteren Ablenkplatte des Oszilloskops in Verbindung steht und daß zwischen einem der Wandler und den zugeordneten Plattenanschlüssen zum Oszilloskop eine abgleichbare Phasenschieberkette geschaltet ist.
DE1473523A 1962-10-18 1963-01-31 Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Theologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe Expired DE1473523C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US23142862A 1962-10-18 1962-10-18
US28252763A 1963-05-06 1963-05-06

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1473523A1 true DE1473523A1 (de) 1970-08-06
DE1473523B2 DE1473523B2 (de) 1974-02-28
DE1473523C3 DE1473523C3 (de) 1974-10-03

Family

ID=32775526

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1473523A Expired DE1473523C3 (de) 1962-10-18 1963-01-31 Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Theologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe
DE1473531A Expired DE1473531C3 (de) 1962-10-18 1963-12-12 Einrichtung zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1473531A Expired DE1473531C3 (de) 1962-10-18 1963-12-12 Einrichtung zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe

Country Status (1)

Country Link
DE (2) DE1473523C3 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE450421B (sv) * 1981-07-20 1987-06-22 Leif Rune Bohlin Reometer for analys av gelers och vetskesystems elastiska och/eller viskosa egenskaper

Also Published As

Publication number Publication date
DE1473531A1 (de) 1969-01-09
DE1473531B2 (de) 1974-08-29
DE1473531C3 (de) 1975-06-05
DE1473523C3 (de) 1974-10-03
DE1473523B2 (de) 1974-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krempl An experimental study of room-temperature rate-sensitivity, creep and relaxation of AISI type 304 stainless steel
US3681980A (en) Oscillating disk rheometer
DE69020078T2 (de) Prüfung von viskoelastischen Stoffen.
GB1532033A (en) Apparatus for and a method of testing viscoelastic solids
DE19938011A1 (de) Zwei-Achsen-Spannungsrelaxations-Prüfapparat
DE2659692C3 (de) Vorrichtung zum Analysieren der dynamischen Eigenschaften einer Probe
CH636961A5 (de) Verfahren zur ermittlung von anrissen an pruefkoerpern bei der dynamischen werkstoffpruefung.
EP0900368B1 (de) Vorrichtung zur messung viskoelastischer eigenschaften von körpern
DE1473523A1 (de) Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe
DE3404232A1 (de) Zerstoerungsfreie werkstoffpruefung von ferromagnetika
DE1918099C3 (de) Verfahren zur Messung der rheologischen Eigenschaften elastomerer Stoffe
US4165634A (en) Viscoelastometer and process for measuring viscoelastic properties
DE2706855A1 (de) Rheometer und dazugehoeriges anwendungsverfahren
DE1082434B (de) Messgeraet zur Bestimmung rheologischer Eigenschaften fliessender Substanzen
Henson et al. Use of the farol‐weissenberg rheogoniometer to follow the early stages of cure of a polyester resin
Aloisio et al. Measurements of relaxation time of a polyethylene melt
DD252437A1 (de) Verfahren und anordnung zur ermuedungsrisserzeugung
DE2053657B2 (de) Vorrichtung zur Schwingungsprüfung von Materialproben
SEGARS et al. Contributions of the US Army Natick research and development center to the objective measurement of the textural quality of meat
AT359313B (de) Verfahren zur bestimmung der maximalen spannung in einer wechselbeanspruchten probe
DE2141510A1 (de) Materialpruefvorrichtung
SU934307A1 (ru) Способ приложени нагрузки к плоскому образцу с нагрузочными отверсти ми
DE4306243A1 (en) Hardness test method - using ultrasonic contact, with hard body on vibrated rod, and measuring with body in and not in contact with test material
DE801662C (de) Materialpruefmaschine fuer Rohrabschnitte
DD288224A5 (de) Verfahren zur indirekten differenzdehnungsmessung an hochdehnbaren proben

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977