Реометры - это приборы для измерения объема воздуха или какого-нибудь газа, проходящего в единицу времени по системе трубопроводов. Применяются в практике санитарно-гигиенических и токсикологических исследований, особенно при отборе проб воздуха и дозировании его. Основной частью наиболее распространенных реометров (рис.) является стеклянная трубка (1), в которую впаяна диафрагма (7), оказывающая сопротивление газовому потоку, в результате чего образуется разность давлений до и после диафрагмы, измеряемая жидкостным манометром (6). Манометр имеет правое и левое расширения (5 и 2), предназначенные для предотвращения выплескивания жидкости (4). Градуированная шкала (3) делается подвижной для облегчения установки уровня жидкости на ноль.

Реометры (от греч. rheos - ток, поток и metreo - измеряю) - приборы для измерения объема воздуха или другого газа, проходящего в единицу времени по системе газопроводов. Применяются в практике санитарно-гигиенических и токсикологических исследований, особенно при отборе проб воздуха и дозировании его.

Реометр.

Основной частью реометра (рис.) является стеклянная трубка (1), в которую впаяна диафрагма (2). Трубка прикреплена к манометру (7). При прохождении газа диафрагма оказывает сопротивление потоку, в результате чего создается разность статических давлений перед и за диафрагмой, которая измеряется жидкостным манометром. В качестве жидкости в реометрах используется чистый керосин или вода. Расширения в левой и правой частях манометра (3 и 4) предназначены для предотвращения выплескивания жидкости (5) при внезапном изменении давления газового потока. Шкала (6) подвижна, что облегчает установку уровня жидкости на нуль. Реометр монтируется на штативе.

Пользуясь определенным соотношением между скоростью потока и полученной разностью давлений, определяют расход газа, проходящего через прибор в единицу времени.

Реометры могут иметь диафрагму в виде круглого отверстия в несколько миллиметров и в виде капилляра.

Реометры с капиллярной трубкой предназначены для определения небольших расходов газа; они называются микрореометрами.

Микрореометры могут быть с постоянными капиллярами и сменными. Последние дают возможность проводить измерения с повышенной точностью.

Для определения очень малых расходов газа (3-50 см 3 /мин) применяются микрореометры с платиновыми диафрагмами и наклонными манометрами, повышающими точность отсчета.

В лабораторных условиях реометры часто включается последовательно в систему газопроводов.

Новый реометр перед употреблением промывают хромовой смесью и дистиллированной водой.

Реометры периодически проверяют по водяному аспиратору или сравнением с образцовым реометром.

в производственном процессе.

В результате испытания одного образца определяют 11 условных показателей, характеризующих свойства резиновой смеси и вул-канизата. Первые пять показателей описывают технологические свой-ства резиновой смеси и могут быть использованы для прогнозирования их поведения в перерабатывающем оборудовании.

Рис. 18.2. Общий вид вулкаметри-ческой кривой

(6) Момент при максимальной степени вулканизации М„„ -может быть одновременно использован для оценки свойств вулканизатов. Фирмой "Монсанто" была проделана работа по установлению корреляции между показателем (б) реометра и модулем при удлинении 300%, определенным обычным способом. Для большинства резиновых смесей имеет место прямолинейная зависимость, однако, поскольку эти два испытания различаются во многих отношениях, прямой корреляции гарантировать нельзя. (7) Момент в оптимуме вулканизации Мо„, составляющий 90% от максимального момента, и (8) время его достижения т01п. (9) Время достижения максимальной степени вулканизации т„,„ - применяется только для кривых с реверсией (пере-вулканизацией). (10) Момент при реверсии Мр„. и (И) время его наступления т,*,.

Кроме того, по кривой можно рассчитать два дополнительных показателя: (12) относительная степень сшивания вулканизата (Mi -Мга„)/(М„» - Mnjn), где М; - величина момента в данной точке рео-граммы; (13) скорость вулканизации как тангенс угла наклона кривой в произвольно выбранной ее точке.

Получение усредненных констант скорости реакции из вулкаметрических кривых с химической точки зрения не совсем корректно, поскольку линейная зависимость между химической реакцией и механической величиной крутящего момента не соблюдается, однако с технической точки зрения это вполне допустимо.

С помощью реометра можно оценивать свойства резиновых смесей, проводить статистический контроль технологического процесса их изготовления (см. главу 17). Использование контрольных карт, показывающих, какими должны быть величины в определенных точках реограммы, позволяет предупредить изготовление резиновых смесей, не соответствующих нормам.

Использование стандартных и дополнительных реометриче-ских характеристик позволяет определить ошибки в дозировке ингредиентов, что делает возможным применение реометра для управления качеством резиновых смесей и процессом их изготовления [б]. Так, из широкого ряда исследованных пластометров различных типов наибо-494-495

лев чувствительными к изменению состава, резиновых смесей оказались вискозиметр Муни и реометр "Монсанто".

Реометры применяются в производстве эмульсионных бутади-ен-стирольных каучуков для контроля содержания свободных органических кислот и мыла, позволяя отказаться от длительных и трудоемких химических анализов.

Наиболее эффективно применение реометров для контроля физико-механических показателей в производстве ответственных РТИ с прецизионными характеристиками. Область применения реометров "Монсанто" постоянно расширяется.

В последнее время фирма "Монсанто" сообщила о выпуске нового прибора - реометра вибрационного типа для комплексной оценки перерабатываемости материалов Rubber Processability Analyzer (RPA 2000). С использованием одного и того же образца на этом приборе можно получать данные о всех стадиях переработки каучуков (включая исходный полимер, резиновую смесь, ее свойства в процессе вулканизации), и свойства вулканизованного продукта. Это достигается программированием условий испытания: например, частоту колебаний можно установить от 1 до 2000 мин"1, температуру от -90 до +90 °С, задавая низкочастотные колебания и низкие температуры для невулканизованного каучука, а высокочастотные - для вулканизатов. Кроме данных по вулканизации, прибор измеряет модуль эластичности и модуль потерь в широком интервале температур, напряжений и частот.

Реометр RPA 2000 описан в литературе достаточно подробно. Основным узлом прибора является биконическая испытательная ячейка с рифлеными дисками (чтобы избежать проскальзывания). Преимуществом такой геометрии ячейки является постоянство скорости сдвига в образце, чего нельзя достичь при параллельных поверхностях дисков. Система измерения модуля сдвига смонтирована в верхнем диске и фиксирует возникающий перепад модулей между дисками. Нижний диск совершает колебательные вращения с контролируемыми амплитудой и частотой в синусоидальном режиме. Не все i амплитуды возможны при любой частоте, но интервал, при котором могут быть получены достоверные и воспроизводимые результаты, довольно широк: от 0,5 (деформация 7 %) при частоте 200 рад/с до49690 (деформация 1256 %) при частоте 0,1 рад/с. Система контроля температуры реометра RPA 2000 весьма совершенна и позволяет поддерживать температуру с точностью до 0,1 С, что в сочетании с небольшой толщиной образца создает изотермические условия эксперимента в интервале температур от 50 до 200 "С. С помощью компьютера можно управлять очень быстрыми изменениями температуры, последовательностью предварительно запрограммированных испытаний, автоматически заносит

RheolabQC специально создан для проведения типовых реологических испытаний, от быстрой проверки по одной точке до сложных реологических исследований.

На реометре RheolabQC можно легко получать не только классические кривые течения и вязкости, но и проводить исследования поведения при смешении и перемешивании эмульсий и дисперсий, для оценки выравнивания и провисания красок и покрытий, а также определять предел текучести гелей и паст.

Реометр RheolabQC идеальный инструмент для контроля качества и исследований за разумные деньги, дополняющий знаменитую серию реометров Physica MCR.
Реологические кривые и кривые вязкости растворов полимеров

Реологические кривые и кривые вязкости клеев измерялись с помощью реометра Physica UDS 200, измерительной приводной системы UM и системы управления температурой TEK 180 для измерительной системы с конусом и пластинкой. Для измерения характеристик образца жидкого клея использовался реометр UDS 200, оснащенный приводной системой с пневматическим подшипником и большим диапазоном измерения вращающего момента. Испытание проводилось с помощью измерительной системы KP 96 с конусом и пластинкой, с соответствующим углом конусности 4° и диаметром конуса d = 50 mm. Чтобы предотвратить испарение растворителя из испытуемого образца, использовалась измерительная система с защитной крышкой. Необходимый зазор между конусом и пластинкой h = 50 мкм при требовавшейся температуре измерения T = +20° устанавливался после 10 минут температурного равновесия. Чтобы получить реологическую кривую при ротационном испытании, предварительно устанавливались скорости сдвига от g = 0,001 до g = 1000 с-1.

Тиксотропное поведение красок и покрытий.
Необходимо исследовать тиксотропное поведение двух малярных красок при комнатной температуре. Как предполагается, испытание должно выявить снижение прочности внутренней структуры при определенном усилии сдвига и последующее ее восстановление при прекращении усилия.

Оборудование и метод.
С помощью реометра Physica UDS 200 были измерены характеристики двух красочных покрытий в ходе трех этапов вращательного испытания. Для измерения рассеяния краски использовалась измерительная система MP 31 (Ø50 мм) с двумя пластинками, с установленным зазором между пластинками 1 мм. Значение температуры, при которой проводились измерения, T = 23°C. С тремя предустановленными измерительными этапами, в выполняемом испытании моделировались следующие условия усилия сдвига: состояние покоя/высокое усилие сдвига/состояние покоя.
Консистенция новой и использовавшейся краски для офсетной печати.

Необходимо измерить разницу в консистенции между двумя образцами краски для офсетной печати при комнатной температуре:
краска 1 была только что изготовлена и не использовалась;
краска 2 уже использовалась в печатной машине.

Решение.

Оборудование и метод.
Измерения выполнялись с помощью реометра UDS 200 и системы управления температурой TEK 150P с термоэлектрическим нагревом.
Использовалась измерительная система MK 20 с конусом и пластинкой (d=25 мм и углом конуса 1°). Значение температуры, при которой проводились измерения, T = +20°C. Управляемая деформацией развертка по амплитуде выполнялась с постоянной угловой скоростью w = 10 с-1.
Новые реологические методы испытаний для моделирования процесса мелования бумаги.

Описание Представлены два метода, позволяющие получить новое представление о сложном реологическом поведении мелованных покрытий бумаги в соответствующих условиях. Сначала используется быстродействующий реометр, применяемый для измерения параметров восстановления структуры, то есть тиксотропности. Затем описывается ячейка фиксации, которой обеспечивается информация о кинетике фиксации.

Новые условия обработки, например, более высокие скорости и необходимость постоянного улучшения качества в бумажной промышленности требуют более глубокого понимания реологических явлений, происходящих при меловании бумаги. Два прелставленных метода позволяют понять сложное реологическое поведение процесса мелования бумаги в соответствующих условиях. В первом эксперименте описывается применение реометра с очень быстрым переходным процессом для измерения параметров восстановления структуры, то есть тиксотропности, мелового покрытия бумаги. Во втором методе описывается ячейка фиксации, которая вместе с реометром дает информацию о кинетике фиксации. Цель обоих испытаний – максимально близкое моделирование реальных производственных условий.
При нанесении покрытия на бумагу с помощью валика необходимо получить однородное покрытие с одинаковой толщиной. Чтобы этого достичь, покрытие бумаги должно иметь определенные физико-химические свойства. На режим покрытия большое влияние оказывает поверхностное натяжение, а также силы внутреннего взаимодействия, которыми определяется реология материала.
Стандартные реологические эксперименты, в которых применяется колеблющееся сдвиговое напряжение или качание по амплитуде и частоте сдвиговой деформации, служат для получения информации о характеристиках покрытия бумаги в состоянии покоя. Хотя данные эксперименты важны для получения характеристик самого покрытия и дают ценную информацию о параметрах, например, устойчивости при хранении или осаждении, они не предоставляют никакой необходимой информации о технологических характеристиках, например, о пылении, волнистости или пригодности к резанию.
Более важным параметром для лучшего понимания практических процессов является тиксотропность. С помощью реологических терминов ее можно определить, как характеристику уменьшения прочности структуры под действием усилия сдвига и увеличения прочности структуры после прекращения этого действия.
Еще одним параметром, определяющим качество конечного продукта, является кинетика фиксации покрытия бумаги после его нанесения на бумагу. Ячейка фиксации, введенная в практику Вилленбахером (Willenbacher) и др.1, позволяет исследовать влияние таких параметров, как бумага-основа, покрытие и различные условия процесса на кинетику фиксации и, следовательно, на качество конечного продукта – бумаги с покрытием.
Ниже описаны два метода, которые используются в реологических испытаниях для определения восстановления структуры и кинетики фиксации и позволяют выполнять более близкие к практике исследования. Оба метода испытаний могут применяться при исследованиях и разработках, направленных на улучшение кроющих составов, а также как быстрый и простой способ выполнения измерений для контроля качества. Новые методы могут служить инструментом для значительного уменьшения объема дорогостоящих и продолжительных испытаний на станках.

Восстановление структуры - тиксотропность.
Чтобы получить более подробную информацию о технологических характеристиках, процесс нанесения смеси на бумажную основу можно разделить на три основных этапа. С помощью реологических испытаний данный процесс можно моделировать следующим образом:
– медленное движение в накопителе (низкая скорость сдвига);
– передача смеси по валикам для нанесения (высокая скорость сдвига);
– мелование бумаги, при котором скорость бумажного полотна более или менее такая же, как скорость вращения роликов для нанесения (низкая скорость сдвига).
При выполнении действий, указанных в данных разделах, получается трехэтапное испытание с постоянной скоростью сдвига на каждом этапе измерения. Оценка скоростей сдвига, которые имеют место в течение данного процесса, показывает, что возможна разница до 9 порядков между низкой и высокой скоростями сдвига. Так как структура покрытий бумаги регенерируется после большого сдвига очень быстро, необходимо применение быстродействующего реометра, способного охватывать широкий диапазон скоростей сдвига и очень быстро настраиваться для этапов с различными скоростями. Такое испытание, при котором измеряются нарушение структуры при высокой скорости сдвига и восстановление структуры после прекращения действия большого усилия сдвига, можно использовать для измерения тиксотропного поведения покрытий бумаги.
Реологическое изучение битумных связующих, используемых в дорожном строительствею

Дорожное покрытие постоянно подвергается усиленному износу, что представляет существенный фактор затрат для организаций, занимающихся дорожным строительством. Поэтому интенсивное, глубокое изучение различных строительных материалов, используемых для улучшения эксплуатационных качеств и увеличения долговечности дорожных покрытий, является чрезвычайно важным, особенно для государственных административных органов, а также для дорожно-строительных организаций, производителей строительных материалов и исследовательских учреждений.
В результате, в 1993 г. в США по предложению федерального управления шоссейных дорог (Federal Highway Administration, FHWA) американской ассоциацией государственных служащих, отвечающих за автодорожные перевозки в штатах (American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO), была разработана стратегическая программа исследования дорог (Strategic Highway Research Program, SHRP). Эта программа обеспечивает сведения о спецификациях, необходимых для технического анализа и проверки связующих горячего приготовления, используемых в дорожном строительстве. На основе опытных данных, полученных в результате реализации программы SHRP, в США в настоящее время обсуждается проект создания асфальтовых дорожных покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками (Superior Performance Asphalt Pavements Project, SUPERPAVE), с другой стороны, в Европе форум европейских лабораторий по исследованию автодорог (Forum of European Highway Research Laboratories, FEHRL) работает над европейской стратегической программой исследования дорог (Strategic European Road Research Program, SERRP).
Связующие вещества являются неотъемлемой частью всего дорожного покрытия и используются для связывания твердых минеральных добавок, таких как песок или камень. Данные измерений для связующих веществ, полученные согласно спецификациям SHRP, показали хорошую корреляцию с данными о реальном износе, обусловленном обычным движением транспорта и климатическими условиями. Связующее, используемое для строительства дорог, в Европе называется битумом, тогда как в Америке преимущественно асфальтом, хотя в обоих случаях речь идет об одном и том же материале.

Уменьшение стоимости известково-цементного штукатурного раствора за счет выбора соответствующего состава метилцеллюлозы.

Стоимость строительных материалов сильно зависит от используемых добавок. Поэтому во многих исследовательских и опытных лабораториях важной задачей является замена добавок на менее дорогие без значительного изменения свойств материала. В данной работе будет исследовано влияние добавок метилцеллюлозы I и II на реологические характеристики известково-цементного штукатурного раствора. Еще одна сторона проблемы – определить, в каких пропорциях можно смешивать метилцеллюлозу I и II без слишком значительного изменения свойств штукатурного раствора.

Решение.
Для определения влияния метилцеллюлозы на реологические характеристики известково-цементного штукатурного раствора были выполнены измерения с помощью реометра Physica UDS 200 и шаровой измерительной системы.
Температурные характеристики расплавляемых связующих (hotmelt adhesive)

Необходимо определить температурные характеристики связующих с помощью одной и той же измерительной системы в большом диапазоне температур. Данный диапазон должен простираться от низких температур, когда полимер находится в твердом состоянии и жесткий, до высоких температур, когда расплавленный полимер становится вязкотекучим.

Решение.
Оборудование и метод.
Температурные испытания в форме колебательных испытаний выполнялись с помощью реометра Physica UDS 200, измерительной приводной системы UM и системы управления температурой TEK 600 для измерительной системы пластинка/пластинка. Характеристики образцов измерялись с помощью измерительной системы MP 506 типа пластинка/пластинка с диаметром пластинки d = 12,5 мм. При наименьшей температуре измерения T = -60°C размер зазора между пластинками устанавливался 1,5 мм после достижения температурного равновесия в течение 10 мин. Для компенсации теплового расширения во время испытания использовалась функция автоматической установки зазора. Для колебательного измерения предварительно устанавливались следующие параметры: постоянная частота f = 2 Гц и постоянная амплитуда деформации g = 1,6%.

Реометры серии RheolabQC обладают такими инновационными особенностями, как:
EC-Двигатель аналогичный двигателю реометров серии Physica MCR
Большой диапазон вращающего момента
Большой диапазон скоростей
Очень быстрый контроль скорости
Быстрый сбор данных
Работа в режиме CSS и CSR
Ручное управление и управление через ПК (RheoPlus)
Цилиндрические системы
Система автоматического распознавания оборудования и измерительных систем ToolmasterTM
2 варианта циркуляционного контроля температуры
Новый держатель чашек для оригинальных контейнеров образцов

Все вместе эти особенности, делают RheolabQC одновременно простым в использовании и в тоже время универсальным в плане возможностей типов измерений, приближающих его к старшему семейству серии Physica MCR. Реометр RheolabQC – идеальный вариант реометра для качественного и интеллектуального решения широкого спектра задач за небольшие деньги.

Существует три конфигурации реометров серии RheolabQC:
1. Погружной вариант
- без рубашки для температурного контроля
- чашка помещается непосредственно на фланец RheolabQC
2. С температурным контролем
- с рубашкой для температурного контроля LTD80
- температурный диапазон от - 20 до 80°C (180°C опционально)
3. С универсальным держателем чашек
- для чашек различной формы и размеров, большой диапазон по диаметру и высотке чашек
- легко сдвигается для быстрого измерения
- легко подсоединяется и отсоединяется от стандартного штатива.

Стандартные измерительные системы:
Коаксиальные цилиндры: CC10, CC17, CC27, CC39
Система с двойным зазором: DG42
Лопасти и мешалки: FL10, FL100, FL1000, ST24

Порты и соединения.
Ручное управление:
Последовательный (PC): Внешний принтер
PS/2: Клавиатура, считыватель штрих-кодов

Управление через ПО:
LAN-Ethernet: PC, сеть
Последовательный (PC): PC
Последовательный (Com1): термостат

Области применения:
Покрытия: Кривая течения, Предел текучести, Тиксотропия
Пищевая промышленность: Кривая течения, Предел текучести, Температурный тест, Тиксотропия
Строительные материалы: Кривая течения, Предел текучести, Тиксотропия
Суспензии: Кривая течения, Предел текучести, Тиксотропия
Адгезивы: Кривая течения, тиксотропия, Температурный тест
Косметика: Кривая течения, Предел текучести, Тест на температурные колебания
Лёгкие гели: Предел текучести, Тиксотропия
Смазки, Масла: Кривая течения, Температурный тест
Асфальт: Кривая течения, Температурный тест

Новые реометры MCR основаны на концепции самых передовых технологий. Технология синхронного привода, воздушные подшипники низкого трения и запатентованный датчик нормального усилия оптимизировались и улучшались с течением времени для удовлетворения высочайших требований реологов. С реометрами MCR возможны любые типы или комбинации реологических тестов, как в режиме осцилляции, так и в режиме вращения. Модульность системы позволяет интегрировать в реометр широчайший набор температурных устройств и аксессуаров для специальных приложений. Инновационные и запатентованные технологии Toolmaster™, TruGap™, а также T-Ready™ стали настоящим прорывом в плане упрощения работы и дружественности прибора к пользователю. Технологии TruRate™, TruStrain™, а также Осевой Пьезо Привод гарантируют абсолютный контроль в любой момент во время реологических испытаний.

Особенности и преимущества реометра Physica MCR:

Ключевые технические особенности:

Мощный синхронный (EC motor) привод

Полностью цифровой прибор, использующий самую последнюю технологию Цифровой Обработки Сигнала (DSP)

Высокоточные воздушные подшипники с запатентованным встроенным датчиком нормального усилия

TruGap™: Инновационная и запатентованная система для измерения реальной величины зазора

TruRate™: Адаптирующийся к образцу контроллер для ротационных тестов и шаговой деформации

TruStrain™: Быстрый и точный контроль деформации благодаря улучшенной системе контроля позиционирования в реальном времени при осцилляции (ранее система называлась DSO)

Интуитивный цветной дисплей

Осевой Пьезо Привод для активной компенсации осевой деформации

Разные модели MCR с великолепными характеристиками для разнообразных приложений

Простота работы:

Toolmaster™: Запатентованная система для автоматического распознавания измерительных систем и аксессуаров

Подсоединение типа QuickConnect: простое подключение измерительных систем одной рукой

T-Ready™: уменьшает время ожидания, определяя и сигнализируя о температурном равновесии образца

USB подключение к компьютеру/программе

Широкий набор измерительных систем для всех видов приложений

Ethernet подключение для удалённого управления прибором через локальную сеть компании

Программное обеспечение реометра: дружественное и интуитивно понятное программное обеспечение с совместимостью 21 CFR Часть 11

Широкий набор аксессуаров:

Температурные системы, покрывающие диапазон температур от -150 °C до +1000 °C

Аксессуары для специальных приложений для DMA (динамический механический анализ) и DMTA (динамический механический термоанализ) измерений, рео-оптики, магнито- и электрореологии, межфазной реологии, УФ-отверждение и многих других приложений