Εισαγωγή
Οι ρεολογικές ιδιότητες των υλικών βοηθούν στην κατανόηση και την πρόβλεψη της συμπεριφοράς τους κατά την επεξεργασία τους. Για παράδειγμα, παίζουν ρόλο στην ικανότητα λίπανσης, στην αντλησιμότητα και στο σημείο ροής (yield/drop) των λιπαντικών γράσων.
Η μέτρηση του ιξώδους διάτμησης ενός λιπαντικού γράσου σύμφωνα με το πρότυπο DIN 51810-1 περιγράφεται στο δικό μας AN 222 [1]. Στη συνέχεια, προσδιορίζονται τα σημεία απόδοσης και ροής αυτού του υλικού με το Kinexus pro+ χρησιμοποιώντας τις συνθήκες μέτρησης που προβλέπονται στο DIN51810-2.
Συνθήκες μέτρησης
Ο πίνακας 1 συνοψίζει τις παραμέτρους δοκιμής που καθορίζονται στο εν λόγω πρότυπο [2]. Περιγράφονται δύο διαφορετικές μέθοδοι: Η σάρωση πλάτους μπορεί να είναι ελεγχόμενη με παραμόρφωση ή τάση, που αντιστοιχεί στις μεθόδους Α και Β, αντίστοιχα. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούνται και οι δύο μέθοδοι.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Τύπος μέτρησης | Ταλάντωση | |
| Γεωμετρία | PP25 (σύστημα παράλληλων πλακών, διάμετρος: 25 mm) | |
| Θερμοκρασία | 25°C (±0,1°C) | |
| Διάκενο κοπής | 1.025 mm | |
| Διάκενο μέτρησης | 1 mm | |
| Συχνότητα | 1.59 Hz (αντιστοιχεί σε γωνιακή συχνότητα ω = 10 rad/s) | |
| Μέθοδος Α: Σάρωση παραμόρφωσης πλάτους | 0.01 έως 100% | |
| Μέθοδος Β: σάρωση τάσης πλάτους | 0 έως 1.000 Pa | |
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 1 απεικονίζονται οι καμπύλες του ελαστικού και ιξώδους μέτρου διάτμησης G´ και G" μαζί με την καμπύλη γωνίας φάσης κατά τη διάρκεια της σάρωσης παραμόρφωσης πλάτους. Σε χαμηλές παραμορφώσεις, το γράσο βρίσκεται στη γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER), όπως προκύπτει από το πλάτωμα των καμπυλών του μέτρου διάτμησης. Εδώ, οι τιμές των G´ και G" είναι σταθερές, καθώς η διατμητική τάση και η διατμητική παραμόρφωση είναι ανάλογες- οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν οδηγούν σε διάσπαση της δομής του δείγματος. Σε αυτό το εύρος, η ελαστική συνιστώσα είναι υψηλότερη από την ιξώδη, έτσι ώστε οι στερεοειδείς ιδιότητες να κυριαρχούν έναντι των υγροειδών ιδιοτήτων του γράσου για τις συνθήκες μέτρησης select. Αυτή η συμπεριφορά μπορεί επίσης να ληφθεί από την καμπύλη της γωνίας φάσης που είναι χαμηλότερη από 45° (βλέπε περιγραφή της γωνίας φάσης στο πράσινο πλαίσιο).
Από μια παραμόρφωση 0,1%, η καμπύλη του μέτρου ελαστικότητας (κόκκινο) αρχίζει να μειώνεται. Το φαινόμενο αυτό σχετίζεται με την έναρξη της διάσπασης της σχετικής (εσωτερικής) δομής του δείγματος και υποδεικνύει το τέλος της Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER (Linear Viscoelastic Region). Το όριο αυτής της περιοχής ορίζεται ως όριο διαρροής ή επίσης όριο γραμμικότητας στο οποίο μπορούν να προσδιοριστούν η διατμητική παραμόρφωση (γY) και η διατμητική τάση (σY) (βλέπε πίνακα 2).
Μια περαιτέρω αύξηση της τάσης οδηγεί σε διασταύρωση των G´ και G". Το σημείο αυτό μπορεί να οριστεί ως το σημείο ροής του γράσου. Η σχετική διατμητική παραμόρφωση και η διατμητική τάση ονομάζονται γF και σF, αντίστοιχα. Εάν εφαρμοστούν στο υλικό παραμορφώσεις υψηλότερες από το σημείο ροής, τότε θα αρχίσει να ρέει για τις συνθήκες μέτρησης selected, δηλαδή για τη χρησιμοποιούμενη συχνότητα.
Ο δείκτης ροής-διαρροής ορίζεται ως σF/σγ. Η τιμή αυτή δίνει πληροφορίες σχετικά με την ευθραυστότητα του γράσου. Στην προκειμένη περίπτωση, είναι πολύ υψηλότερη από 1, γεγονός που δείχνει ότι το γράσο διαθέτει ανθεκτική συμπεριφορά. Ο πίνακας 2 συνοψίζει όλες τις τιμές που προσδιορίστηκαν με τη μέτρηση σε γράσο.
Γωνία φάσης
Η γωνία φάσης είναι ένα πραγματικό μέτρο των ιξωδών και ελαστικών ιδιοτήτων ενός υλικού. Κυμαίνεται από 0° για ένα πλήρως ελαστικό υλικό έως 90° για ένα πλήρως ιξώδες υλικό.
Πίνακας 2: Αξιολόγηση της μέτρησης
Σημείο ροής = σημείο διασταύρωσης της καμπύλης G' και G" | Τιμή διατμητικής τάσης | σF | 597 Pa |
| Τιμή διατμητικής παραμόρφωσης | γF | 17.8% | |
Σημείο αστοχίας = όριο του εύρους Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER | Τιμή διατμητικής τάσης | σγ | 27.3 Pa |
| Τιμή διατμητικής παραμόρφωσης | γγ | 0.06% | |
Δείκτης μετάβασης από τη ροή στη διαρροή | σF/σγ | 22 | |
Μέτρο ελαστικής διάτμησης | G' | 4.37-104 Pa | |
Μέτρο ιξώδους διάτμησης | G" | 6.73-103 Pa | |
Γωνία φάσης | δ | 8.76 |
Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, το λογισμικό rSpace είναι σε θέση να παρέχει αυτόματη αξιολόγηση των απαιτούμενων τιμών μόλις ολοκληρωθεί η μέτρηση.
Στο σχήμα 3 εμφανίζονται οι καμπύλες που προκύπτουν από τη μέτρηση σάρωσης τάσεων πλάτους (μέθοδος Β που περιγράφεται στο DIN 51810-2).
Η τάση που προκαλείται από την εφαρμοζόμενη διατμητική τάση μπορεί επίσης να εμφανιστεί στον άξονα x για καλύτερη σύγκριση των καμπυλών (σχήμα 4). Δείχνει την καλή επαναληψιμότητα των μετρήσεων.
Συμπέρασμα
Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές σύμφωνα με το δεύτερο μέρος του DIN51810 σε λιπαντικό γράσο. Η επακόλουθη αξιολόγηση για τον προσδιορισμό της απόδοσης και του σημείου ροής πραγματοποιήθηκε αυτόματα από το λογισμικό rSpace.