[go: up one dir, main page]

RU2192629C2 - Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials - Google Patents

Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials Download PDF

Info

Publication number
RU2192629C2
RU2192629C2 RU2001101302/28A RU2001101302A RU2192629C2 RU 2192629 C2 RU2192629 C2 RU 2192629C2 RU 2001101302/28 A RU2001101302/28 A RU 2001101302/28A RU 2001101302 A RU2001101302 A RU 2001101302A RU 2192629 C2 RU2192629 C2 RU 2192629C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
die
polymeric materials
flow characteristics
lubricating
housing
Prior art date
Application number
RU2001101302/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.Л. Колмогоров
И.К. Березин
А.Е. Ковалев
Н.В. Шакиров
Т.Е. Мельникова
Original Assignee
Пермский государственный технический университет
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 Пермский государственный технический университет filed Critical Пермский государственный технический университет
Priority to RU2001101302/28A priority Critical patent/RU2192629C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2192629C2 publication Critical patent/RU2192629C2/en

Links

Landscapes

  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: analyzing polymeric material flow characteristics. SUBSTANCE: device used for analyzing tensile polymeric-material flow in the course of recovery such as single-axis extension of jet to produce fibers or film by extrusion has housing with removable cover, support, draw plate made of porous penetrating material, lubricating duct, lubricating cavity, and sealing ring. EFFECT: enhanced precision of investigation results. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике испытания полимерных материалов, в частности высоковязких жидкостей, и может быть использовано для анализа течения полимерного материала при растяжении в процессе переработки, например, при одноосной вытяжке струи для получения волокон или пленки экструзионным методом. The invention relates to techniques for testing polymeric materials, in particular highly viscous liquids, and can be used to analyze the flow of polymeric material under tension during processing, for example, with uniaxial stretching of a jet to produce fibers or film by extrusion.

Известно устройство [Акутин М.С., Прокунин А.Н., Проскурина Н.Г. и др. О растяжении расплавов полимеров с постоянной скоростью деформации //Механика полимеров, 1977, 2, с. 353-356), включающее захват для крепления образца с одного конца, жестко связанный с измеряющим растягивающую силу устройством, и шестерни, в зазор которых втягивается образец другим концом. Принцип работы устройства основан на фиксировании продольного усилия при растяжении цилиндрического образца из полимерного материала. A device is known [Akutin M.S., Prokunin A.N., Proskurina N.G. and others. On the stretching of polymer melts with a constant strain rate // Mechanics of Polymers, 1977, 2, p. 353-356), including a grip for attaching the sample from one end, rigidly connected to a measuring force unit, and gears into the gap of which the sample is drawn by the other end. The principle of operation of the device is based on fixing the longitudinal force during tension of a cylindrical specimen made of a polymer material.

Недостатками данного устройства являются: сложность крепления цилиндрического образца в захвате; узкий круг испытываемых сред, ограниченный теми материалами, из которых можно сформировать цилиндрический образец. The disadvantages of this device are: the difficulty of mounting a cylindrical sample in the grip; a narrow circle of test media, limited to those materials from which a cylindrical sample can be formed.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является эластомер, включающий камеру с отверстием, через которое с постоянной скоростью продавливают испытываемый материал, и датчик, создаваемого в камере давления [Перевертов А. С. и др. //Пластические массы, 1969, 1, с. 69] (прототип). Эластомер позволяет определять продолжительность нахождения материала в вязкотекучем состоянии при заданной температуре и сопротивление течению. The closest in technical essence to the proposed invention is an elastomer comprising a chamber with a hole through which the test material is pressed through at a constant speed, and a sensor created in the pressure chamber [A. Perevertov et al. // Plastics, 1969, 1, from. 69] (prototype). The elastomer allows you to determine the length of time the material is in a viscous-fluid state at a given temperature and flow resistance.

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает полное проскальзывание материала на границе, и следовательно, равномерную по каналу скорость растяжения, что влияет на точность результатов исследований течения растяжения полимерных материалов. The disadvantage of this device is that it does not provide complete slippage of the material at the boundary, and therefore, a uniform tensile velocity along the channel, which affects the accuracy of the results of studies of the tensile flow of polymer materials.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение точности результатов исследований течения растяжения полимерных материалов. The problem to which the invention is directed is to increase the accuracy of the results of studies of the tensile flow of polymeric materials.

Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для определения реологических свойств полимерных материалов, содержащем корпус со съемной крышкой, опору и установленную в ней фильеру, фильера выполнена из пористого проникающего материала и имеет специальный профиль, определяемый формулой

Figure 00000002

где х - координата, направленная вдоль оси фильеры;
l - длина фильеры;
Figure 00000003

R0, R1 - начальный и конечный радиусы внутреннего канала.The problem is solved due to the fact that in the device for determining the rheological properties of polymeric materials, comprising a housing with a removable cover, a support and a die installed therein, the die is made of porous penetrating material and has a special profile defined by the formula
Figure 00000002

where x is the coordinate directed along the axis of the die;
l is the length of the die;
Figure 00000003

R 0 , R 1 - the initial and final radii of the internal channel.

Данное устройство позволяет исследовать реологическое поведение полимерных материалов при одноосном растяжении, определить реологические константы растягивающего течения путем продавливания исследуемого материала через фильеру специального профиля. This device allows you to study the rheological behavior of polymeric materials under uniaxial tension, to determine the rheological constants of the tensile flow by forcing the material under study through a special profile die.

Рассмотрим движение несжимаемой среды в фильере, профиль которой задан формулой

Figure 00000004

Течение рассмотрим в цилиндрической системе координат х, r, φ. Считаем, что на границе обеспечивается полное проскальзывание материала. В этом случае для решения задачи можно применить гипотезу плоских сечений, т.е.Consider the motion of an incompressible medium in a die whose profile is given by the formula
Figure 00000004

We consider the flow in a cylindrical coordinate system x, r, φ. We believe that complete slippage of the material is ensured at the boundary. In this case, to solve the problem, we can apply the hypothesis of flat sections, i.e.

Figure 00000005

где Vx - скорость в сечении х. Из условия постоянства расхода материала через любое сечение получаем соотношение
Vx•π•R2(x) = V0•π•R 2 0 , (2)
где V0 - скорость течения материала на входе в фильеру.
Figure 00000005

where V x is the velocity in section x. From the condition of constant consumption of material through any section, we obtain the ratio
V x • π • R 2 (x) = V 0 • π • R 2 0 , (2)
where V 0 is the velocity of the material at the entrance to the die.

С учетом (1) получаем из соотношения (2) компоненту скорости Vx

Figure 00000006

Радиальную компоненту скорости течения Vr находим из условия несжимаемости [Ильюшин А.А. Механика сплошной среды. - М.: изд-во МГУ, 1971, 245 с.] .In view of (1), from relation (2) we obtain the velocity component V x
Figure 00000006

The radial component of the flow velocity V r is found from the incompressibility condition [Ilyushin A.A. Continuum mechanics. - M .: publishing house of Moscow State University, 1971, 245 p.].

Figure 00000007

тогда
Figure 00000008

По соотношениям (3) и (4) определяются компоненты тензора скоростей деформации:
Figure 00000009

Из выражения (5) видно, что в таком течении отсутствуют девиаторные составляющие тензора скоростей, следовательно, полимерный материал в фильере испытывает одноосное растяжение вдоль оси со скоростью, зависящей от усилия продавливания и коэффициента экструзии, равного отношению радиусов входного и выходного сечений.
Figure 00000007

then
Figure 00000008

By relations (3) and (4), the components of the strain rate tensor are determined:
Figure 00000009

It can be seen from expression (5) that in this flow there are no deviator components of the velocity tensor, therefore, the polymer material in the die experiences uniaxial tension along the axis with a speed depending on the forcing force and extrusion coefficient equal to the ratio of the radii of the input and output sections.

Простой вид тензора скоростей деформации (5) обусловлен выбором специального профиля фильеры и условием проскальзывания на границе. Последнее обеспечивается проникновением через пористые стенки фильеры подводимой под давлением смазки. Величина пористости материала определяется по формуле [Белов С. В. Пористые металлы в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1987, с. 12]. The simple form of the strain rate tensor (5) is due to the choice of a special die profile and the condition for slipping on the boundary. The latter is ensured by penetration of the lubricant supplied under pressure through the porous walls of the die. The porosity of the material is determined by the formula [Belov S. Century. Porous metals in mechanical engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1987, p. 12].

П=VП/VТ,
где VП - объем пустот пористого тела; VТ - полный объем тела.
P = V P / V T ,
where V P - the volume of voids of the porous body; V T - full body volume.

Эксперименты по использованию жидких смазок в процессе экструзии термопластов с формующими каналами различных пористостей показали, что устойчивый процесс экструзии со смазочной пленкой имеет место в диапазоне пористостей П= 0,18-0,3. При увеличении пористости П>0,3 наблюдается разрушение экструдата из-за повышенного поступления смазки в канал. Уменьшение пористости П<0,18 из-за повышенного гидравлического сопротивления микроканалов пористого материала сопровождается двух-трехкратным повышением давления подаваемой смазки. Experiments on the use of liquid lubricants in the extrusion of thermoplastics with forming channels of various porosities showed that a stable extrusion process with a lubricating film takes place in the range of porosities P = 0.18-0.3. With an increase in porosity P> 0.3, the destruction of the extrudate is observed due to the increased supply of lubricant to the channel. The decrease in porosity P <0.18 due to the increased hydraulic resistance of the microchannels of the porous material is accompanied by a two to three-fold increase in the pressure of the supplied lubricant.

На чертеже схематично изображено устройство для определения реологических свойств полимерных материалов. The drawing schematically shows a device for determining the rheological properties of polymeric materials.

Устройство для определения реологических свойств полимерных материалов содержит корпус 1 со съемной крышкой 2, опору 3, фильеру из проникающего пористого материала 4, смазочный канал 5, смазочную полость 6, уплотнительные кольца 7 и 8. A device for determining the rheological properties of polymeric materials comprises a housing 1 with a removable cover 2, a support 3, a die of penetrating porous material 4, a lubricating channel 5, a lubricating cavity 6, sealing rings 7 and 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Корпус 1 заполняется исследуемым полимерным материалом, производится монтаж крышки 2, которая связывает корпус с подвижной плитой реверса. Смазка под давлением подается через смазочный канал 5 в смазочную полость 6, проникает через поры фильеры во внутренний канал и создает разделительную смазочную пленку между фильерой и исследуемым полимерным материалом по всей поверхности канала. Одновременно включается первая скорость экструзии, фиксируется усилие продавливания материала через фильеру с каналом специальной формы. Затем изменяется величина скорости и определяется зависимость усилия давления от скорости экструзии, позволяющая определять реологические свойства материала. The proposed device operates as follows. The housing 1 is filled with the studied polymer material, the cover 2 is mounted, which connects the housing with a movable reverse plate. Lubricant under pressure is supplied through the lubricating channel 5 to the lubricating cavity 6, penetrates through the pores of the die into the internal channel and creates a separation lubricant film between the die and the polymer material to be studied over the entire surface of the channel. At the same time, the first extrusion speed is turned on, the force of forcing the material through the die with a channel of a special shape is recorded. Then the magnitude of the speed changes and the dependence of the pressure on the extrusion speed is determined, which allows to determine the rheological properties of the material.

Данное устройство позволяет исследовать реологические свойства полимерных материалов в результате измерения силы продавливания через фильеру с определенной скоростью при полном проскальзывании на границе; осуществлять определение реологических параметров для различных типов сред (ньютоновская жидкость, степенная жидкость, нелинейно-вязкая среда, среда с линейной вязкоупругостью); обеспечить полное проскальзывание материала на границе для исследования течения растяжения полимерных материалов; проводить исследования реологических свойств на малых объемах материала. This device allows you to investigate the rheological properties of polymeric materials as a result of measuring the force of punching through the die with a certain speed with complete slippage at the border; determine rheological parameters for various types of media (Newtonian fluid, power-law fluid, non-linearly viscous fluid, a medium with linear viscoelasticity); ensure complete slippage of the material at the boundary to study the tensile flow of polymeric materials; conduct rheological studies on small volumes of material.

Claims (1)

Устройство для определения реологических свойств полимерных материалов, содержащее корпус со съемной крышкой, опору и установленную в ней фильеру, отличающееся тем, что фильера выполнена из пористого проникающего материала и имеет специальный профиль, определяемый формулой
Figure 00000010

где х - координата, направленная вдоль оси фильеры;
l - длина фильеры;
Figure 00000011

R0, R1 - начальный и конечный радиусы внутреннего канала.
A device for determining the rheological properties of polymeric materials, comprising a housing with a removable cover, a support and a die installed in it, characterized in that the die is made of porous penetrating material and has a special profile defined by the formula
Figure 00000010

where x is the coordinate directed along the axis of the die;
l is the length of the die;
Figure 00000011

R 0 , R 1 - the initial and final radii of the internal channel.
RU2001101302/28A 2001-01-15 2001-01-15 Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials RU2192629C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001101302/28A RU2192629C2 (en) 2001-01-15 2001-01-15 Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001101302/28A RU2192629C2 (en) 2001-01-15 2001-01-15 Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2192629C2 true RU2192629C2 (en) 2002-11-10

Family

ID=20244906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001101302/28A RU2192629C2 (en) 2001-01-15 2001-01-15 Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2192629C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110082263A (en) * 2019-04-26 2019-08-02 合肥工业大学 A kind of the process detection device and its calculation method of non-newtonian liquid rheological behavior

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU615392A1 (en) * 1977-01-12 1978-07-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Device for investigating rheological characteristics of polymer materials
SU711433A1 (en) * 1977-05-19 1980-01-25 Гомельский Государственный Университет Device for determining rheological characteristics of polymeric materials
RU2054648C1 (en) * 1991-11-28 1996-02-20 Виктор Андреевич Рожков Method of determining pheological characteristics of viscoelastoplastic systems and apparatus for performing the method
RU2129264C1 (en) * 1996-06-11 1999-04-20 Иктисанов Валерий Асхатович Procedure of precise determination of steady-state rheological characteristics of various fluid media

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU615392A1 (en) * 1977-01-12 1978-07-15 Московский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химического Машиностроения Device for investigating rheological characteristics of polymer materials
SU711433A1 (en) * 1977-05-19 1980-01-25 Гомельский Государственный Университет Device for determining rheological characteristics of polymeric materials
RU2054648C1 (en) * 1991-11-28 1996-02-20 Виктор Андреевич Рожков Method of determining pheological characteristics of viscoelastoplastic systems and apparatus for performing the method
RU2129264C1 (en) * 1996-06-11 1999-04-20 Иктисанов Валерий Асхатович Procedure of precise determination of steady-state rheological characteristics of various fluid media

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110082263A (en) * 2019-04-26 2019-08-02 合肥工业大学 A kind of the process detection device and its calculation method of non-newtonian liquid rheological behavior
CN110082263B (en) * 2019-04-26 2022-04-22 合肥工业大学 Process detection device for rheological property of non-Newtonian liquid and calculation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leroy et al. Hydrodynamic Interaction between a Spherical Particle and an Elastic Surface:<? format?> A Gentle Probe for Soft Thin Films
Son Determination of shear viscosity and shear rate from pressure drop and flow rate relationship in a rectangular channel
Gupta et al. Microfluidic viscometers for shear rheology of complex fluids and biofluids
Huzyak et al. The penetration of a long bubble through a viscoelastic fluid in a tube
Yang et al. The marching velocity of the capillary meniscus in a microchannel
Bayraktar et al. Characterization of liquid flows in microfluidic systems
US7752895B2 (en) Method for using an alternate pressure viscometer
Scheiff et al. The separation of immiscible liquid slugs within plastic microchannels using a metallic hydrophilic sidestream
Raj M et al. Flow-induced deformation in a microchannel with a non-Newtonian fluid
Oh et al. 3D-printed capillary circuits for rapid, low-cost, portable analysis of blood viscosity
Li et al. Preparation of paper micro-fluidic devices used in bio-assay based on drop-on-demand wax droplet generation
RU2192629C2 (en) Device for evaluating flow characteristics of polymeric materials
Dai et al. Experimental study of oil–water two-phase flow in a capillary model
Mohammadamini et al. A suspended polymeric microfluidic sensor for liquid flow rate measurement in microchannels
Zheng et al. A multiposition method of viscous measurement for small-volume samples with high viscous
Bansal et al. Electrowetting based local sensing of liquid properties using relaxation dynamics of stretched liquid interface
GB2282667A (en) Measuring thermodynamic characteristics of a hydrocarbon sample
Lim et al. Development of the split-Hopkinson pressure bar technique for viscous fluid characterization
Cristescu et al. A closed form solution for falling cylinder viscometers
RU2129265C1 (en) Device for examination of processes of filtration and determination of characteristics of fluids and porous bodies
Rigaud et al. An interfacial friction law for a circular EHL contact under free sliding oscillating motion
US20030136180A1 (en) Method of directly measuring the permittivity of geotextile and biotextile fabrics
Bhattacharjee et al. Numerical Modelling of Differential Pressure Sensor System for Real-Time Viscosity Measurement
Delvert et al. Measuring the viscosity of air with soapy water, a smartphone, a funnel, and a hose: An experiment for undergraduate physics students
EP3421967B1 (en) Capillary viscometer and method for analysis of fluids, in particular oils

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050116