Introduktion
Ordet "reologi" er sammensat af de to græske stammer "rheos" (at flyde) og "-logi" (videnskab). Det henviser til studiet af materialers flyde- og deformationsadfærd under bestemte forhold (temperatur, forskydningshastighed osv.). For de fleste materialer er disse egenskaber stærkt afhængige af processens hastighed. For eksempel er polymerer generelt forskydningsfortyndende; det vil sige, at deres forskydningsviskositet eller modstand mod flytning falder med stigende forskydningshastighed. I modsætning hertil udviser nogle materialer shearthickening-adfærd. Et classic eksempel fra køkkenet er en stivelsesvand-suspension. Med langsom bevægelse kan den blandes; et hurtigere slag fører til en kraftig stigning i forskydningsviskositeten, og dispersionen bliver hård.
På grund af denne store afhængighed af forskydningshastigheden på de reologiske egenskaber skal karakteriseringen udføres under procesorienterede forhold for at være afgørende. Der findes to målemetoder. Mens Rosand-kapillarreometeret indfanger forholdene i hurtige processer som f.eks. sprøjtestøbning, er Kinexus-rotationsreometeret velegnet til anvendelser med en langsommere forskydningshastighed, som f.eks. ketchupens strømning fra flasken og dens strukturelle opbygning på pladen.
Til disse målinger har Kinexus rotationsreometer også en følsom normalkraftsensor med høj kraftopløsning, som gør det muligt at måle kraften i lodret retning. Dette kombineret med høj forskydningsopløsning og en høj datahastighed muliggør kvantificering af sensorisk opfattelse ud over de klassiske reologiske undersøgelser. For eksempel kan Kinexus bruges til at simulere tungens bevægelser mod ganen, når chokolade smelter i munden (se her for mere information).
I det følgende vil Kinexus' normalkraftregulering blive brugt til at kvantificere den haptiske opførsel af et tastatur af plastfolie.
Opgave og mål
Til et nyt produktudviklingsprojekt skal der bruges et nyt folietastatur. Dets trykknapkontakt skal have samme taktile feedback som kontakterne på det serielle plastfolietastatur på tidligere produkter. For at opnå dette bestemmes udløsningskraften for det serielle plastfolietastatur ved hjælp af Kinexus' rotationsreometer, og dette specificeres som metrisk værdi for det nye plastfolietastatur.
Prøver og målemetoder
Målingerne blev udført på de fire kontakter på plastfolietastaturet, der er afbildet i figur 1. Kontakterne er navngivet i tabel 1 i overensstemmelse med deres symboler.
Tabel 1: Betegnelse for de fire kontakter
| Betegnelse | Symbol |
|---|---|
| Kontakt 1 | Pil |
| Kontakt 2 | Sol |
| Kontakt 3 | Linjer |
| Kontakt 4 | Standby |
Plastfolietastaturet blev savet i to dele til testen for at undgå, at det væltede under undersøgelsen. Derudover blev flexledningen fjernet. Det forberedte plastfolietastatur blev lagt på den nederste måleplade på Kinexus' rotationsreometer (se figur 2).
I prototypeafdelingen for mekanisk fremstilling på stedet blev en 8 mm engangspladegeometri lavet af aluminium drejet 5,4 mm (se figur 3). Dette skulle sikre, at det udelukkende var kontakten, der blev målt.
Den øverste målegeometri blev kørt op til tastaturet. Derefter blev tastaturet orienteret på en sådan måde, at målegeometrien blev placeret over en trykknapkontakt (se figur 4).
Der blev foretaget tre målinger pr. kontakt. Til dette blev der anvendt en indledende kraft (kompression). På dette tidspunkt sættes værdien for forskydningen til nul. Derefter defineres en maksimal kraftværdi, hvor testen afsluttes af måle- og evalueringssoftwaren, rSpace. Når den indledende kraft er nået, kører målesystemet med en hastighed på 0,01 mm/s mod plastfolietastaturet, indtil den maksimale kraft er opnået.
I figur 5 er det resulterende belastningsforskydningsdiagram vist som et eksempel. Udløsningskraften viser sig som et lokalt maksimum. Når udløsningskraften er overskredet, skal der bruges mindre kraft til at trykke på knappen, indtil den skubbes igennem ved anslag; derefter øges kraften lineært, indtil kraftafbrydelsesværdien er nået.
Resultater af målinger
Figur 6 viser belastningsforskydningsdiagrammet for de tre trykknapper. På y-aksen vises kraften, og på x-aksen vises forskydningen. De tre kurver, der er vist i andre farver for hvert plot, viser de tre test pr. kontakt.
Figur 7 viser måleresultaterne fra laboratorietesten. På y-aksen vises udløsningskraften. X-aksen viser de respektive trykknapper. I figur 6 præsenteres evalueringen af de lokale maksima.
En yderligere test med øget testhastighed blev udført for at sikre, at der ikke er nogen large afvigelse på grund af testhastigheden (se figur 8). Her var der dog ingen forskelle i udløsningskraften. Forskellene i kraftudviklingen ligger inden for reproducerbarhedsintervallet (se også figur 6).
Desuden blev alternative tastaturer testet. Afvigelser kan ses i kraftudviklingen og udløsningskræfterne, som vist i figur 9 med et alternativt eksempel.
Sammenfatning
Takket være den følsomme regulering af normalkraften og den høje datahastighed blev Kinexus rotationsreometeret brugt til at bestemme den haptiske opførsel af fire trykknapper på et plastfolietastatur. Resultaterne viser, at udløsningskraften kan måles på en reproducerbar måde. Det gør det muligt at fastlægge en standard for taktil feedback og sammenligne med alternativer.
Præcision, innovation, tillid - måleteknologi fra WIKA
I mere end 75 år har WIKA stået for præcision og innovation inden for måleteknologi. Som førende global partner tilbyder WIKA løsninger til tryk-, temperatur-, kraft-, niveau- og flowmåling samt kalibrering og SF6-gasstyring.
Med omkring 11.200 medarbejdere på verdensplan udvikler WIKA applikationsspecifikke løsninger i samarbejde med universiteter og industrivirksomheder. Deres produkter og systemer kombinerer pålidelighed med den nyeste teknologi - til gavn for deres kunder og partnere.
Ud over Kinexus-rotationsreometeret arbejder WIKA med DMA 303 Eplexor®® og TMA 402 F3 Hyperion®®. Begge metoder bruges til at bestemme polymerers og materialers driftstemperaturer og til at supplere tekniske datablade til simulering.