Устройство для определения структурно-механических свойств

Изобретение относится к устройствам для измерения структурно-механических и реологических характеристик структурированных дисперсий путем измерения реакции материалов на сдвиговое деформирование между коаксиальными цилиндрическими поверхностями. Устройство для определения структурно-механических свойств высококонцентрированных дисперсий, содержащее два коаксиально установленных цилиндра и механизм вертикального перемещения для обеспечения последовательного нагружения и снятия нагрузки с внутреннего цилиндра, отличается тем, что торцевая поверхность внутреннего цилиндра выполнена в виде конуса, вершина которого находится на продольной оси данного цилиндра, а наружный цилиндр имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с продольной осью этого цилиндра. Техническим результатом является повышение точности измерений при определении реологических характеристик структурированных дисперсий. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для измерения структурно-механических и реологических характеристик структурированных дисперсий путем измерения реакции материалов на сдвиговое деформирование между коаксиальными цилиндрическими поверхностями и может быть использовано в лабораторной и заводской практике для проведения исследований и испытаний.

Известно устройство с тангенциально смещающейся пластиной по типу пластомера Толстого Д.М. для определения структурно-механических свойств структурированных дисперсий, включающее измерительную ячейку из двух, имеющих рифление, пластин, установленных на штативе в специальном гнезде, устройство нагружения и датчик контроля перемещения [Практикум по технологии керамики и огнеупоров. Под ред. Полубояринова Д.Н. - М.: Издательство литературы по строительству, 1972, стр.63].

Однако данный прибор не предназначен для работы с дисперсными структурами с небольшими значениями предела текучести (например, высокопластичные пасты, высококонцентрированные суспензии, термопластичные массы).

Наиболее близким решением к заявляемому является вискозиметр с коаксиальными продольно смещающимися цилиндрами, содержащий измерительную ячейку в виде двух коаксиально установленных цилиндров, механизма вертикального перемещения внутреннего цилиндра относительно наружного под действием приложенной сдвигающей силы и датчика перемещения [Урьев Н.Б., Талесник М.А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. - М.: Пищевая промышленность, 1976, стр.89].

Недостатком данного устройства является низкая воспроизводимость результатов параллельных измерений (разброс значений до 20%) ввиду сложности выставления равномерного зазора (т.е. обеспечения коаксиальной установки цилиндров) между цилиндрами (не более 0,1 мм) [Урьев Н.Б., Талесник М.А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. - М.: Пищевая промышленность, 1976, стр.64] при работе с высококонцентрированными массами.

Изобретение решает задачу повышения точности измерений при определении реологических характеристик структурированных дисперсий.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве, содержащем два коаксиально установленных цилиндра и механизм вертикального перемещения внутреннего цилиндра, торцевая поверхность внутреннего цилиндра выполнена в виде конуса, вершина которого находится на продольной оси данного цилиндра, а наружный цилиндр имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с продольной осью этого цилиндра. Как вариант исполнения внутренний цилиндр может быть выполнен составным, из цилиндрической и конической частей, при этом коническая часть выполнена сменной и может иметь угол при вершине от 10 до 170°.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерений при определении реологических характеристик структурированных дисперсий.

На фиг.1 и 2 представлены принципиальные схемы предлагаемого устройства (два варианта).

Вариант 1.

Устройство включает измерительную ячейку и механизм вертикального перемещения внутреннего цилиндра. Измерительная ячейка смонтирована на столике 1 и состоит из двух коаксиальных цилиндров: наружного 2 и внутреннего 3. Оба цилиндра выполнены с поперечными к продольной оси рифлениями на цилиндрической поверхности. При этом торцевая поверхность внутреннего цилиндра выполнена в виде конуса, вершина которого находится на продольной оси данного цилиндра, а дно наружного цилиндра имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с продольной осью этого цилиндра. Отверстие в наружном цилиндре может быть калиброванным и закрывается специальной пробкой 4. Диаметр отверстия не должен быть больше диаметра основания конуса на внутреннем цилиндре.

Внутренний цилиндр выполнен с возможностью перемещения относительно наружного под действием сдвигающей силы, прикладываемой к нему посредством механизма вертикального перемещения, включающего установленный на стойке 5, блок 6, нить 7 и подвеску для грузов 8.

Вариант 2.

В данном исполнении внутренний цилиндр состоит из двух частей: цилиндрической и конической. При этом конус 9 может быть сменным и иметь угол при вершине от 10 до 170°. Выбор угла зависит от свойств испытываемой массы.

Работа устройства при любом варианте исполнения идентична и происходит следующим образом.

Порцию испытуемого материала загружают в рабочую полость наружного цилиндра 2. После чего внутренний цилиндр 3 опускают в крайнее нижнее положение и в этом положении фиксируют с помощью конуса в отверстии днища наружного цилиндра. Фиксация внутреннего цилиндра относительно наружного обеспечивает равномерный зазор между цилиндрами (5±0.05). Объем исследуемой порции подбирается таким образом, чтобы зазор между цилиндрами был полностью заполнен. Излишки массы срезают вровень с краями цилиндров.

К внутреннему цилиндру присоединяют нить 7 с подвеской и с начальным грузом, уравновешивающим его вес. Затем дают первую рабочую нагрузку и одновременно включают секундомер. Деформацию отсчитывают по истечении 1, 5, 10, 15, 20, 30, 45, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 15 мин. Затем нагрузку снимают. Обратную деформацию после снятия нагрузки отсчитывают в течение 3-5 мин через такие же интервалы времени. Последовательные нагружения и снятия нагрузки осуществляют до разрушения образца. Постепенно возрастающие с каждым нагруженном веса груза подбирают так, чтобы получить не менее шести нагружений.

Когда испытание необходимо проводить при строгом регулировании температуры (например, термопластичные массы) проводят термостатирование материала. В этом случае измерительную ячейку помещают в термостат. Продолжительность выдержки при заданной температуре перед началом испытаний должна быть не менее 15 мин.

Обработку результатов и расчет структурно-механических и реологических характеристик проводят по методике, изложенной в [Урьев Н.Б., Талесник М.А. Физико-химическая механика и интенсификация образования пищевых масс. - М.: Пищевая промышленность, 1976, стр.89].

Для проверки применимости заявляемого изобретения был изготовлен опытный образец устройства для определения структурно-механических и реологических характеристик. Результаты испытаний опытного образца устройства, проведенные на термопластичных шликерах из оксидов бериллия и пластических массах из оксида алюминия на водно-органической связке, показали его работоспособность. При этом в отличие от прототипа центрирование в предлагаемом устройстве внутреннего цилиндра относительно внешнего с помощью пары конус - отверстие позволяет стабильно обеспечить при работе с высококонцентрированными массами равномерный зазор между цилиндрами (5 + -0,05 мм), что в свою очередь позволяет уменьшить разброс значений результатов измерений в 2-3 раза.

Кроме того, к преимуществам предлагаемого устройства следует отнести его расширенные по сравнению с прототипом функциональные возможности. При необходимости на одном образце можно определить наряду со стуктурно-механическими характеристиками еще пластическую прочность (в этом случае устройство работает как пластомер Ребиндера) и вязкость суспензии методом истечения (в этом случае устройство работает как вискозиметр Энглера).

1. Устройство для определения структурно-механических свойств высококонцентрированных дисперсий, содержащее два коаксиально установленных цилиндра и механизм вертикального перемещения для обеспечения последовательного нагружения и снятия нагрузки с внутреннего цилиндра, отличающееся тем, что торцевая поверхность внутреннего цилиндра выполнена в виде конуса, вершина которого находится на продольной оси данного цилиндра, а наружный цилиндр имеет сквозное отверстие, ось которого совпадает с продольной осью этого цилиндра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний цилиндр выполнен составным, из цилиндрической и конической частей, при этом коническая часть выполнена сменной и может иметь угол при вершине от 10 до 170°.