SU911221A1

SU911221A1 - Method of determination of material rheological properties

Info

Publication number: SU911221A1
Application number: SU802949785A
Authority: SU
Inventors: Вячеслав Николаевич Гаврилов; Юрий Петрович Гущо; Лилия Захаровна Роговина; Григорий Львович Слонимский; Виктор Георгиевич Васильев
Original assignee: Московский Институт Радиотехники,Электроники И Автоматики
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1982-03-07

Description

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ (5) METHOD OF IDENTIFICATION. RHEOLOGICAL PROPERTIES

Изобретение относитс к опредёЭДению реологических свойств матерма ов , в частности низкомодульмых полимерных систем, например гедей . может быть использовано дл иеоведовани структурных (физических или химических) превраще.ний полимерных систем и дл количественной характеристики релаксационных механических процессов.The invention relates to the determination of the rheological properties of materials, in particular low modulus polymer systems, such as nuts. It can be used for the study of structural (physical or chemical) transformation of polymer systems and for the quantitative characterization of relaxation mechanical processes.

iSseecTeH способ исследовани в зкоу ругих свойств полимерных систем путем измерени во времени деформации образца под действием посто нно приложенного к нему механического напр жени 1П.iSseecTeH is a method for studying the viscous properties of polymer systems by measuring in time the deformation of a sample under the action of a mechanically applied 1P constant voltage applied to it.

Недостатком этого способа вл етс невозможность оценки быстрых релаксационных процессов в результате использовани механического устройства, имеющего низкое быстродействие .The disadvantage of this method is the impossibility of assessing fast relaxation processes as a result of using a mechanical device having a low response rate.

Наиболее близким к изобретению пс технической сущности пл етс способ . МАТЕРИАЛОВThe closest to the invention of the ps technical essence is the method. MATERIALS

перемещени диэлектрических или слабопровод щих материалов под действием посто нного электрического пол ,который позвол ет судить о физико-механических свойствах материала.the movement of dielectric or weakly conducting materials under the action of a constant electric field, which allows one to judge the physicomechanical properties of the material.

В данном способе жидкий диэлектрик течет вверх по диэлектрической стенке в результате совместного действи пондерамоторных сил посто нного электрического пол и других факторов 2.In this method, a liquid dielectric flows upward through the dielectric wall as a result of the joint action of the podderamic forces of a constant electric field and other factors 2.

К недостаткам этого способа относитс узка область его применени , так как он основан на течении жидких материалов-вдоль диэлектрической The disadvantages of this method include the narrow scope of its application, since it is based on the flow of liquid materials along the dielectric.

15 стенки и не позвол ет исследовать нетекучие в зкоупругие материалы, в том числе и провод щие, в которых под действием электрического пол JP образуетс лишь деформаци поверхности . Кроме того, этот способ не (позвол ет исследовать широкий диапазон времен релаксации в зкг упругих материалов и требует д;1 исспедований значительное количество вещества .15 walls and does not allow to investigate non-flowing, visco-elastic materials, including conductive ones, in which, under the action of the electric field JP, only the deformation of the surface is formed. In addition, this method does not (allows a wide range of relaxation times to be studied in the elastic materials and requires a significant amount of matter to be studied.

Цель изобретени - расширение области применимости способа путем возможности дополнительного исследовани низкомодульных полимерных систем.The purpose of the invention is to expand the scope of applicability of the method by the possibility of additional studies of low-modulus polymer systems.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени реологических свойств материалов путем перемещени исследуемого материала под действием электрического пол , перемещают исследуемый материал путем периодической или скачкообразной модул ции напр жени электри- 5 ческого Пол , а о реологических свой ствах материалов;: суд т по деформации свободной поверхности исследуемого материала и длительности ее раз вити . Способ осуществл етс следующим образом. На основу нанос т тонкий слой (10 75-16 см) материала в состо нии в зкоупругои жидкости, высокоэластичного гел или эластомера с малым модулем упругости UO г 10 дин/см), на который воздействуют электрическим полем с переменной амплитудой на пр жени , в результате чего на поверхности раздела материал-воздух, вследствие различи их диэлектрических проницаемостей, возникают пондерамоторные силы, приложенные к свободной поверхности сло и вызывающие ее деформацию. На поверхности сло образуетс рельеф, форма которого за висит от пространственной структуры электрического пол , а высота определ етс напр женностью электрического пол и физико-механическими характеристиками материала (.модуль упругости , в зкость, поверхностное нат жение}. Благодар использованию элек трического пол реализуетс бесконтактный метод воздействи на исследуемый материал, позвол ющий деформировать свободную г оверхность сло материала, помещенного на основу, а по величине деформации и длительности ее образовани можно судить о релаксационных свойдтвах материалов. При этом количество материала дл .исследований значительно уменьшаетс (до )по сравнению с известными способами. Воздействовать электриThe goal is achieved by the fact that according to the method of determining the rheological properties of materials by moving the material under study under the action of an electric field, the material under study is moved by periodic or abrupt modulation of the electric field voltage, and the rheological properties of the materials are free surface of the material under study and the duration of its development. The method is carried out as follows. A thin layer (10 75–16 cm) of material in a viscoelastic fluid, elastomeric gel or elastomer with a small elastic modulus UO (10 dyne / cm) is applied to the substrate, which is influenced by an electric field with a variable amplitude on the yarn, As a result, at the material-air interface, due to the difference in their dielectric constant, p-rotor motor forces arise that are applied to the free surface of the layer and cause its deformation. A relief is formed on the surface of the layer, the shape of which depends on the spatial structure of the electric field, and the height is determined by the strength of the electric field and the physicomechanical characteristics of the material (elastic modulus, viscosity, surface tension}. By using an electric field, a non-contact field is realized the method of action on the material under study, which allows deforming the free surface of the layer of material placed on the substrate, and the magnitude of the strain and the duration of its formation You can judge the relaxation properties of materials. At the same time, the amount of material for research is significantly reduced (to) in comparison with known methods.

ческим полем на слои материала можно, например, при помощи.провод щей основы и электрода управлени в видеcan be applied to the material layers, for example, with the aid of a conductive base and a control electrode in the form of

тонкой иглы, помещенной над поверх- , ностью сло . При помощи измен ющейс разности потенциалов, подаваемых между подложкой и электродом, можно легко модулировать величину пондерамоторных сил, действующих на поверхность сло . С возрастанием модул упругости исследуемого материала дл сохранени величины деформации не .Кроме того, применение, периодической или скачкообразной модул ции электрического пол позвол ет опреде ,(, обходимо увеличить напр женность элек трического пол . Периодическое напр жение электрического пол , в том числе синусоидаль ное, действующее на материал, позвол ет определ ть его релаксационные свойства в широком диапазоне частот воздействи 00 Ю .Гц), что значительно расшир ет область исследуемых материалов. Скачкообразное (импульсное ) воздействие позвол ет получить в процессе одного измерени сразу весь спектр времен релаксации материала. В случае провод щих материалов , разность потенциалов прикладывают к слою и электроду управ лени , при этом дл сло провод щего материала той же толщины что и диэлектрического, сила воздействи электрического пол будет больше, так как поле сосредоточено между поверхностью сло и электродом управлени . Деформацию поверхности материала можно регистрировать, например, с помощью светового потока, отраженного от свободной поверхности сло . При этом примен ют известные системы визуализации фазовой записи, например дефокусировку изображени поверхности сло , а величину деформации, пропорциональную рости изображени , регистрируют фотодатчиком. Предлагаемый способ применим также дл изучени температурно-частотных зависимостей деформации материалов, поскольку позвол ет просто осуществить термостатирование сло материала , благодар бесконтактному воздействию переменного электрического пол . Технико-экономический эффект изоб ретени заключаетс в том, что способ позвол ет расширить область материалов дл исследовани , включа нетекучие и провод щие материалы. лить с помощью одного прибота реол гические свойства материалов в широком диапазоне частот воздействи 00-5- 10 Гц). Способ позвол ет проводить исследовани весьма малого количества материала (до 1С см )с использованием неразрушающего метода измерени , что может найти применение дл исследовани редких и дорогих образцов. Благодар простоте осуществлени и незначительному количеству энергии дл деформации материалов способ позвол ет уменьшить затраты на исследование реологических хара теристик. формула изобретени Способ определени реологически свойств материалов путем перемещен исследуемого материала под действи 14 электрического пол , отличаю щ и и с тем, что, с целью расширени области применимости способа благодар возможности дополнительного исследовани низкомодульных полимерных систем, перемечают исследуемый материал путем периодической или скачкообразной модул ции напр жени электрического пол , а о реологических свойствах материалов суд т по величин деформации свобод- . ной поверхности исследуемого материала и длительности ее развити . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Ферри Дж. В зкоупругие свойства полимеров. - Иностранна литература, М., 1963, с. 104. 2.Кравцов А. А., Рачев Л. А. Перекачка с: слабопровод щих жидкостей силами посто нного электрического и гравитационного полей .- Электронна обработка материалов, № 5, 1978, с. (прототип).a fine needle placed over the surface of the layer. By varying the potential difference between the substrate and the electrode, it is possible to easily modulate the magnitude of the p-rotor forces acting on the surface of the layer. With an increase in the modulus of elasticity of the material under study in order to preserve the magnitude of the deformation, moreover, the application of a periodic or discontinuous modulation of the electric field makes it possible to determine, (it is necessary to increase the strength of the electric field. The periodic voltage of the electric field, including sinusoidal, acting on the material, allows determining its relaxation properties in a wide range of frequencies of exposure (00 U.Hz), which significantly expands the range of materials under study. The discontinuous (pulsed) action allows one to obtain the entire spectrum of material relaxation times at once in the course of a single measurement. In the case of conductive materials, the potential difference is applied to the layer and the control electrode, while for the layer of conductive material of the same thickness as the dielectric, the force of the electric field will be greater because the field is concentrated between the surface of the layer and the control electrode. The deformation of the surface of the material can be recorded, for example, using a light flux reflected from the free surface of the layer. In this case, well-known phase recording imaging systems are used, for example, defocusing the image of the surface of a layer, and the amount of deformation proportional to the growth of the image is recorded by a photosensor. The proposed method is also applicable to the study of the temperature-frequency dependences of the deformation of materials, since it allows one to simply temperature control the layer of material due to the non-contact action of an alternating electric field. The technical and economic effect of the invention lies in the fact that the method allows to expand the range of materials for research, including non-flowing and conductive materials. cast with one tool the rheological properties of materials in a wide frequency range of exposure (00-5-10 Hz). The method allows to carry out studies of a very small amount of material (up to 1C cm) using a non-destructive measurement method, which can be used to study rare and expensive samples. Due to the simplicity of its implementation and the low amount of energy required to deform the materials, the method reduces the costs of studying the rheological characteristics. The invention of the method for determining the rheological properties of materials by moving the material under investigation under the action of 14 electric fields, is distinguished by the fact that, in order to expand the field of applicability of the method due to the possibility of additional studies of low-modulus polymer systems, the material under study is re-arranged by periodic or intermittent modulation electric field, and the rheological properties of materials are judged by the strain values of the free-. the surface of the material under study and the duration of its development. Sources of information taken into account in the examination 1.Ferry J. In the elastic elastic properties of polymers. - Foreign literature, M., 1963, p. 104. 2. Kravtsov A. A., Rachev L. A. Transfer from: weakly conducting liquids by forces of a constant electric and gravitational field. - Electron processing of materials, No. 5, 1978, p. (prototype).

Claims

Claim

A method for determining the rheological properties of materials by moving the material under study under the influence of an electric field, characterized in that, in order to expand the applicability of the method due to the possibility of an additional study of low-modulus polymer systems, the material under study is moved by periodically or stepwise modulating the voltage of the electric fields, and the rheological properties of materials are judged by the magnitude of the free-strain. surface of the studied material and the duration of its development.