Introduktion
Når det gælder materialer til sanseleg, giver kinetisk sand og legemasse børn vidt forskellige oplevelser - begge fascinerende i sig selv. Selv om de kan virke ens ved første øjekast, afslører deres underliggende sammensætninger og fysiske adfærd en verden til forskel.
Kinetisk sand er en dispersion af sandpartikler i en small mængde polymer (PDMS - polydimethylsiloxan), hvilket giver det en unik flowlignende adfærd, samtidig med at det bevarer sandets granulære struktur. Ved omrøring opfører det sig næsten som en langsomt flydende væske, så børn let kan forme, skære og smuldre det. Sammensætningen er tæt på den maksimale pakningsfraktion - hvilket betyder, at sandpartiklerne er tæt pakket med lige nok bindemiddel til at tillade både bevægelse og vedhæftning uden at falde sammen i en bunke.
I modsætning hertil er play putty (også baseret på PDMS) normalt en dispersion af pigmentpartikler i et viskoelastisk medium. Det strækker sig, hopper og kan endda knække under pludselig kraft. I modsætning til kinetisk sand har play putty en meget lavere faststofbelastning med betydeligt mindre partikler, hvilket resulterer i en mere flydende og elastisk opførsel.
Selv om både kinetisk sand og play putty er klassificeret som dispersioner, er de formuleret helt forskelligt. Reologisk testning forklarer de unikke egenskaber ved kinetisk sand og play putty og deres afhængighed af, hvordan de håndteres.
Testresultater og diskussion
Figur 1 viser de resulterende kurver af et frekvenssweep udført på play putty.
Mens G' (elastisk forskydningsmodul) beskriver materialets faststoflignende egenskaber, er G" (viskøst forskydningsmodul) relateret til dets væskelignende egenskaber. Fasevinklen, δ, er forsinkelsen mellem den påførte oscillerende StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning og den resulterende spænding. Den er defineret som:
Fasevinklen varierer fra 0° for et perfekt elastisk materiale til 90° for et perfekt viskøst materiale.
Ved høje frekvenser er det elastiske forskydningsmodul større end det viskøse forskydningsmodul. Ved hurtige svingninger (forbundet med korte tidsskalaer eller hurtige bevægelser) udviser materialet derfor en faststoflignende opførsel.
En overgang mellem G' og G" observeres ved 3 Hz, hvilket svarer til en fasevinkel på 45°. Ved lavere frekvenser, der indikerer langsommere bevægelser, udviser play putty flow-adfærd.
Figur 2 illustrerer den frekvensafhængige opførsel af det elastiske forskydningsmodul (G'), det viskøse forskydningsmodul (G") og fasevinklen (δ) for kinetisk sand. I hele det målte frekvensområde udviser materialet overvejende faststoflignende egenskaber. Dette fremgår af de konsekvent lavere fasevinkelværdier (under 45°) og dominansen af G' over G" under hele målingen.
Konklusion
Frekvenssweeps bruges til at forudsige, hvordan et materiale opfører sig over både korte og lange tidsskalaer. Kurverne fra test af legemasse og kinetisk sand kan forbindes med sanseoplevelserne hos de personer, der bruger dem. Kinetisk sand giver mulighed for at bygge former eller strukturer, som bevarer deres form. Play putty flyder gradvist ud og tager form efter sin beholder efter brug.