DE2719626A1 - Kapillar-rheometer - Google Patents

Kapillar-rheometer

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Publication number
DE2719626A1
DE2719626A1 DE19772719626 DE2719626A DE2719626A1 DE 2719626 A1 DE2719626 A1 DE 2719626A1 DE 19772719626 DE19772719626 DE 19772719626 DE 2719626 A DE2719626 A DE 2719626A DE 2719626 A1 DE2719626 A1 DE 2719626A1
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DE
Germany
Prior art keywords
pressure
capillary
throttle
measuring
flow
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.)
Pending
Application number
DE19772719626
Other languages
English (en)
Inventor
Horst Henning Dr Ing Winter
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.)
Winter horst Henning dr-Ing
Original Assignee
Winter horst Henning dr-Ing
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Publication date
Application filed by Winter horst Henning dr-Ing filed Critical Winter horst Henning dr-Ing
Priority to DE19772719626 priority Critical patent/DE2719626A1/de
Publication of DE2719626A1 publication Critical patent/DE2719626A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • G01N11/08Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture by measuring pressure required to produce a known flow

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Description

  • K a t 5. l 1 a r * i h e o ra e t e x
  • Die Erfindung betrifft ein Kapillar-Rheometer zur Messung der Viskosität von Newtonschen und nicht-Newtonschen Flüssigkeiten. Die Viskosität ist der Quotient aus Schubspannung und Schergeschwindigkeit in stationären Scherströmungen.
  • An Kapillar-Rheometer mißt man den Druckgradienten p' längs einer Meßkapillare und den Volumendurchsatz #. Aus dem Druckgradient p' berechnet sich die Schubspannung an der Wand und aus der Volumendurchsatz-Kurve #(p'), im folgenden auch Meßkurve genannt, errechnet sich die SchergeschwindigKeit en der Wand. Die Kapillare hat einen Querschnitt in Form eines Vollkreises, in Form eines flachen Rechteckes (Schlitz) oder in Form eie Ringspaltes. Während der Messung fördert ein Betriebsaggregat (z.B. Kolben- oder Schneckenextruder, Zahnradpumpe, Gaspolster) die Prüfflüssigkeit durch die Kapillare.
  • Der Volumendurchsatz wird während einer Messung konstant gehalten. Bei Kolbenextrudern ist der Volumendurchsatz gleich dem Produkt aus Kolbenfläche und Kolbengeschwindigkeit. Bei Zahnradpumpen ergibt sich der Volumenstrom direkt aus dem verdrängten Volumen und der Drehzahl. Andere Systeme, wie der Einschneckenextruder oder das mit Gas betriebene Rheometer erfordern eine Nassedurchsatzmessung; über die Dichte wird dann der Volumendurchsatz bestimmt.
  • Bei Schlitz- und Ringspaltkapillaren wird der Druckgradient direkt aus dem Druckprofil längs der Meßkapillare bestimmt.
  • Dazu sind mindestens zwei Druckaufnehmer oder ein Differenzdruckaufnehmer notwendig. Dies ist auch bei Kapillaren mit Vollkreisquerschnitt möglich, wenn der Durchmesser hinreichend groß ist. Bei engen Kapillaren mit Vollkreisquerschnitt wird der Druckabfall längs der gesamten Kapillare:gemessen, wobei sich der Druckgradient in der Meßkapillare jedoch nur aus einer Meßreihe bei verschiedenen Kapillarenlängen ermitteln läßt.
  • Die Viskosität ist eine Funktion von Druck und Temperatur; bei nicht-Newtonschen Prüfflüssigkeiten ist die Viskosität zusätzlich noch eine Funktion der Schergeschwindigkeit. Es genügt also nicht, die Viskosität bei einem Durchsatz, d.h.
  • bei einer Schergeschwindigkeit, zu messen, sondern man muß den Volumendurchsatz über einen weiten Bereich variieren, und erhält damit eine Viskositätskurve über einen gesamten Schergeschwindigkeitsbereich. Diese Änderungen des Volumendurchsatzes bringen es mit sich, daß sich auch der Druck an der Meßstrecke stark ändert. Das Druckniveau für die Viskositätsmessung ist damit nicht konstant für eine Viskositätskurve.
  • Wünschenswert wäre jedoch eine Viskositätskurve, die bei einem einheitlichen Druckniveau aufgenommen wurde.
  • Wenn als Betriebsaggregat ein Einschneckenextruder verwendet.
  • wird, so muß durch geeignete Prozeßführung dafür gesorgt werden, daß die angelieferte Prüfflüssigkeit eine einheitliche Temperatur hat. Diese Temperatur muß für die gesamte Meßkurve, also bei verschiedenen Volumendurchsätzen, konstant gehalten werden. Ublicherweise bringt man zwischen Extruder und Meßkapillare einen Bypass an, durch den ein Teil der angelieferten Prüfflüssigkeit abfließen kann, ohne die Meßkapillare zu durchströmen (W. Knappe und A. Schönewald, Kunststoffe 60, 657 - 665 (1970)). Durch Öffnen des Bypass senkt sich der Druck vor der Meßkapillare, und der Volumenstrom in der Meßkapillare nimmt erwünschtermaßen ab. Wenn sich der Druck am Einlauf in die Meßkapillare ändert, so bedeutet dies jedoch auch, daß der Extruder die Prüfflüssigkeit gegen ein anderes Druckniveau (an der Schneckenspitze) anfördern muß. Die Betriebsbedingungen für den Extruder haben sich damit geändert, und die Temperatur der angelieferten Prüfsubstanz kann für die Aufnahme einer gesamten Fließkurve nicht konstant gehalten werden. Man kann sich zwar durch Verstellen der Betriebsparamater des Extruders (z.B. Drehzahl oder Zylindertemperatur ) behelfen. Da sich in einem Extruder nur sehr langsam stationäre Betriebsverhältnisse einstellen, sind derartige Maßnahmen aber relativ zeitraubend.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bestehende Meßverfadren-so abzuändern, daß eine Viskositätskurve bei konstantem Druckniveau aufgenommen werden kann bzw. daß bei einem Viskosimeter mit einem Einschneckenextruder als Betriebseinheit der Druck am Einlauf in die Meßkapillare konstant gehalten werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßkapillare eine Drossel nachgeschaltet ist, mit der sich das Druckniveau in der Kapillare bzw. am Einlauf in die Kapillare anheben läßt. Wenn eine Fließkurve bei konstantem Druckniveau aufgenommen wird, muß die Drossel für jeden Meßpunkt immer so eingestellt werden, daß der mittlere Druck in dem Meßbereich der Kapillare für die ganze Viskositätskurve konstant ist.
  • Diese Betriebsweise empfiehlt sich für Kapillar-Rheometer mit einer Betriebseinheit, die die Prüfflüssigkeit mit konstanter Temperatur fördert, z.B. für Kapillar-Rheometer mit einem Eolbenextruder.
  • Bei der Viskositätsmessung mit dem Einschneckenextruder als Betriebseinheit könnte man mit der Drossel ebenfalls den mittleren Druck an der Meßstrecke konstant halten. Dies würde jedoch dazu führen, daß die Temperatur der vom Extruder angelieferten Prüfflüssigkeit für die gesamte Meßkurve nicht konstant bliebe.
  • Besser erscheint es, am Ende des Extruders (vor der Schneckenspitze bzw. am Einlauf in die Meßkapillare) einen zusätzlichen Druckaufnehmer anzubringen, und während der Messung dafür zu sorgen, daß dieser Druck jeweils bei der Aufnahme einer ganzen Meßkurve konstant bleibt. Das Druckniveau an der Meßstrecke ändert sich dann zwar während der Aufnahme einer Meßkurve, aber die Temperatur der Prüfflüssigkeit am Kapillaren-Einlauf bleibt zumindest konstant, da die Betriebsbedingungen für den Extruder konstant bleiben. Dieses Konstanthalten der Temperatur ist wichtig, da die Temperaturabhängigkeit der Viskosität größer als die Druckabhängigkeit ist.
  • Für jeden Meßpunkt müssen also die Stellung der Drossel und die Stellung des Bypass so aufeinander abgestimmt werden, daß der Druck am Extruder konstant bleibt. Den höchsten Durchsatz in der Meßkapillare, d.h. die höchste Schergeschwindigkeit, erzielt man bei geschlossenem Bypass und offener Drossel. Je weiter die Drossel geschlossen wird, desto größer ist der Druckabfall in der Drossel; der Druckgradient in der Meßkapillaren nimmt ab, und damit auch der Volumendurchsatz und die Schergeschwindigkeit.
  • Bei geschlossener Drossel strömt in der Meßkapillaren keine Prüfflüssigkeit mehr; das statische Druckpolster kann zur Überprüfung der eingebauten Druckaufnehmer verwendet werden.
  • Bei dem Kapillar-Rheometer mit Schneckenextruder unterscheidet sich die Betriebsweise mit Drossel, Bypass und Druckaufnehmer noch in einem weiteren Punkt von der bisher üblichen Betriebsweise mit Bypass und (eventuellem) Druckaufnehmer: Da der Druck vor der Schneckenspitze konstant gehalten wird, bleibt auch der Volumendurchsatz im Extruder konstant. Bei der bisher üblichen Betriebsweise sinkt der Druck vor der Schneckenspitze des Extruders mit Offnen des Bypass ab, und die Förderleistung des Extruders nimmt entsprechend zu. Die neuartige Meßanordnung kommt also mit wesentlich kleineren Mengen an Prüfflüssigkeit aus.
  • In Fig.1 und Fig.2 sind zwei Ausführungsbeispiele gezeigt.
  • Die Betriebseinheit ist ein Einschneckenextruder mit einer Schnecke 1 in einem Zylinder 2. Entsprechend könnte hier eine der anderen, anfangs erwähnten Betriebseinheiten verwendet werden. Vor der Schneckenspitze sind am Zylinder 2 ein Druckaufnehmer 3 und ein Bypass 4 angebracht. Der Bypass 4 hat in der hier gezeigten Ausführung eine konische Dichtfläche 5 bzw.
  • in geöffnetem Zustand einen konischen Ringspalt, dessen Weite variabel ist. An den Extruder schließt sich die Meßkapillare mit einem Schlitzquerschnitt 6 oder mit einem Xingspaltquerschnitt 7 an. Entsprechend könnte man auch eine weite Neßkapillare mit Vollkreisquerschnitt verwenden. Längs der Meßkapillare sind Druckaufnehmer 8 angebracht, um den Druckgradienten in Strömungsrichtung zu messen. Aus der Kapillare strömt die Prüfflüssigkeit über einen Sammelkanal in die Drossel mit dem Drosselspalt 10, und von dort in das Freie L e e r s e i t e

Claims (4)

  1. Patentansprüche Viskosimeter mit einer Meßkapillaren, an der sich mindestens 2 Druckaufnehmer oder ein Differenzdruckaufnehmer zur Messung des Druckgradienten befinden, dadurch gekennzeichnet, daß abgangsseitig eine Drossel nachgeschaltet ist, durch die die Prüfflüssigkeit zumindest teilweise strömen muß.
  2. 2. Viskosimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wlderstand der Drossel in Stufen oder stufenlos verstellbar ist.
  3. 3. Viskosimeter nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel vollständig geschlossen werden kann.
  4. 4. Viskosimeter nach den Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar oder in einigem Abstand stromaufwärts vor dem Einlauf in die Meßkapillare ein Bypass und ein Druckaufnehmer angeordnet sind.
DE19772719626 1977-05-03 1977-05-03 Kapillar-rheometer Pending DE2719626A1 (de)

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DE19772719626 DE2719626A1 (de) 1977-05-03 1977-05-03 Kapillar-rheometer

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DE2719626A1 true DE2719626A1 (de) 1978-11-09

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DE19772719626 Pending DE2719626A1 (de) 1977-05-03 1977-05-03 Kapillar-rheometer

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DE (1) DE2719626A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3023395A1 (de) * 1980-06-23 1982-01-07 Seismograph Service Corp., Tulsa, Okla. Rheometer-system
EP3220126A1 (de) * 2016-03-17 2017-09-20 iVON GmbH Vorrichtung zur messung der viskosität von flüssigkeiten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3023395A1 (de) * 1980-06-23 1982-01-07 Seismograph Service Corp., Tulsa, Okla. Rheometer-system
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