Spannversuch mit Polymerschmelze

Versuch P3

Ablauf

Theorie Begriffe Lineare/Nichtlineare Viskoelastizität Abbildungsrelationen

Materialien und Methoden Resultate Diskussion

Ablauf

Theorie Begriffe Lineare/Nichtlineare Viskoelastizität Abbildungsrelationen

Materialien und Methoden Resultate Diskussion

Begriffe

Rheologie Von griech. rhei „fliessen“ und logos „Lehre“ Lehre des Verformungs- und Fliessverhalten

Viskoelastizität Viskoses und elastisches Verhalten Dominierendes Verhalten hängt von

Verformungsgeschwindigkeit ab Rheologisch einfache Flüssigkeit:

Gehorchen dem Zeit-Temperaturverschiebungsprinzip

Lineare Viskoelastizität (LVE) Kleine Deformationsgeschwindigkeiten Kräftegleichgewicht

Strömung verursacht Orientierung der Teilchen und damit Spannung

Reptationsbewegung wirkt spannungsabbauend

Reptationszeit: Durch physikalische Verschlaufungen dauert es eine Zeit τd bis zum GG

Funktion der Zeit

LVE: Mathematisch

Gleichgewichtsscheranlaufkurve:

Schernullviskosität:

Normalspannungskoeffizient:

Grenzfall:

Nichlineare Viskoelastizität

Hohe Deformationsgeschwindigkeiten

Maximum Starke Abnahme für hohe

Deformationsgeschwindigkeiten (weniger Verschlaufungen)

Beide Werte konvergieren für t→∞ ( = const) gegen einen Gleichgewichtswert

Abbildungsrelationen

Cox-Merz-Regel Viskosität aus dynamischen Messungen

ergeben GG-Werten bei hohen Frequenzversuch bei hohen ω einfacher

Gleissle Spiegelrelation GG-Werte bei bei hohen ergeben sich

aus der Scheranlaufkurve Ermöglichen Vorhersage von

nichtlinearen Daten aus linearen Experimenten

Ablauf

Theorie Begriffe Lineare/Nichtlineare Viskoelastizität Abbildungsrelationen

Materialien und Methoden Resultate Diskussion

Materialien

Probe: PDMS (Polydimethylsiloxan, 04A006)

Apparatur: MCR 300 (Physica, Modular Compact

Rheometer)ARES

Methoden

MESSAPPARATUR

MCR 300 Kegelwinkel α= 6° Probenradius R=

12,83 mm Tourenzahl n

Methoden-Formeln

Schergeschwindigkeit [1/s]

Schubspannung [Pa]

n= Tourenzahl M= Drehmoment R=Radius α=Kegelwinkel

Methoden-Formeln

Normalspannungsdifferenz N1

F= Kraft R=Radius

Experiment

Kugel formen, wiegen Auf Rheometerplatte, Masse und Dichte

eingeben Kegel auf die Probe hinunterlassen Probe equilibrieren, 5 Minuten stehen

lassen Messung durchführen Scherrheometer : misst Drehmoment M

Normalkraft F. Schubspannung p21 und

Normalspannungsdierenz N1 berechnen

Versuch MCR 300

Versuch

Schergeschwindig-keit [1/s]

Scherdefor-mation

Versuchsdauer [s]

Anzahl Messpunkte

1 0.01 10 1000 200

2 0.03 10 333 200

3 0.1 10 100 200

4 1 20 20 200

5 10 100 10 200

Versuch ARES

Frequenzbereich Amplitude Punkte pro Dekade

0.01-100 rad/s 10 % 5

Ablauf

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Materialien und Methoden Resultate Diskussion

Resultate

n τi gi

[-] [s] [Pa]

1 0.000622 311202 0.003187 415003 0.01681 447904 0.08321 363405 0.3883 173506 1.856 42367 9.688 606.78 55.5 59.649 493.1 2.168

Diskretes Relaxationszeitenspektrum von PDMS 04A006 bei 25°C

Berechnung: Einhüllenden Gleissle Spiegelung Cox-Merz Relation

1 Scherviskosität η+(γ,t)

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+41E+2

1E+3

1E+4

1E+5

0.01 1/s

0.03 1/s

0.1 1/s

1 1/s

2 1/s

Einhül-lende

t [s]

η+

(γ,t

) ,

η0

(t)

Linear viskoelastische Einhüllende

n τi gi

[-] [s] [Pa]

1 0.000622 311202 0.003187 415003 0.01681 447904 0.08321 363405 0.3883 173506 1.856 42367 9.688 606.78 55.5 59.649 493.1 2.168

2 Erste Normalspannung ψ1+(γ,t)

1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+61E+0

1E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

1E+6

1E+7

0.01 1/s0.03 1/s0.1 1/s1 1/s2 1/sEinhüllende

t [s]

Ψ1

(t)

3 Scherviskosität η0(1/t) & die 5 GG-Werte

1E-21E-11E+01E+11E+21E+31E+1

1E+2

1E+3

1E+4

1E+5

n0(1/t)

0.01 1/s

0.03 1/s

1/t [1/s]

η0

(1/t

) ,

η(γ

) n0(1/t)

Gleissle Spiegelung

4 komplexe Viskosität und 5 GG-Werte

1E-21E-11E+01E+11E+21E+31E+2

1E+3

1E+4

1E+5

ln*l(w)0.01 1/s0.03 1/s0.1 1/s1 1/s2 1/s

ω [1/s]

lη*l

(ω)

, η

(γ)

lη*l(ω)

Cox-Merz Relation

5 Schubspannung & 1. Normalspannung

0 0.5 1 1.5 2 2.50E+0

1E+4

2E+4

3E+4

4E+4

p21(ÿ)

N1(y)

γ[1/s]

p2

1 ,

N1

[P

a] p21(γ

)

N1(γ)

6 komplexe Viskosität und Scherviskosität

1E-21E-11E+01E+11E+21E+31E+3

1E+4

1E+5

n0(t)ln*l(w)

1/t , ω [1/s]

η0

(t)

, lη

*l(ω

)

lη*l(ω)

n0(t)

Ablauf

Theorie Begriffe Lineare/Nichtlineare Viskoelastizität Abbildungsrelationen

Materialien und Methoden Resultate Diskussion

Diskussion

Viskositäten bei höheren Schergeschwindigkeiten weichen mehr von der Gleichgewichtsscheranlaufkurve ab

Maxima

P21 unter LVE Bedingungen linear und N1 quadratisch mit Schergeschwindigkeit

Diskussion

Cox-Merz-Regel erfüllt

Geissle Spiegelungsrelation bestätigt