Johdanto
Sana "reologia" muodostuu kahdesta kreikan kielen kantasanasta "rheos" (virrata) ja "-logy" (tiede). Sillä tarkoitetaan materiaalien virtaus- ja muodonmuutoskäyttäytymisen tutkimista tietyissä olosuhteissa (lämpötila, leikkausnopeus jne.). Useimmilla materiaaleilla nämä ominaisuudet riippuvat voimakkaasti prosessin nopeudesta. Esimerkiksi polymeerit ovat yleensä leikkausohuita, eli niiden leikkausviskositeetti eli virtausvastus pienenee leikkausnopeuden kasvaessa. Sitä vastoin jotkin materiaalit käyttäytyvät shearthickening-ominaisuudella. classic Esimerkki keittiöstä on tärkkelysvesisuspensio. Hitaalla liikkeellä sitä voidaan sekoittaa; nopeampi lyöminen johtaa leikkausviskositeetin voimakkaaseen kasvuun, ja dispersiosta tulee kova.
Koska leikkausnopeus vaikuttaa reologisiin ominaisuuksiin näin voimakkaasti, karakterisointi on tehtävä prosessinomaisissa olosuhteissa, jotta se olisi ratkaisevaa. Käytettävissä on kaksi mittausmenetelmää. Rosandin kapillaarireometri kuvaa nopeiden prosessien, kuten ruiskuvalun, olosuhteita, kun taas Kinexus-rotaatioreometri soveltuu sovelluksiin, joissa leikkausnopeus on hitaampi, kuten ketsupin virtaus pullosta ja sen rakenteellinen koostumus lautasella.
Kinexus-rotaatioreometrissä on näitä mittauksia varten myös herkkä ja suurella voiman resoluutiolla varustettu normaalivoima-anturi, jolla voima voidaan mitata pystysuunnassa. Tämä yhdistettynä suureen siirtymäerotuskykyyn ja suureen tiedonsiirtonopeuteen mahdollistaa klassisten reologisten tutkimusten lisäksi aistihavaintojen kvantifioinnin. Kinexus-laitteella voidaan esimerkiksi simuloida kielen liikkeitä suulakea vasten, kun suklaa sulaa suussa (katso lisätietoja täältä ).
Seuraavassa käytetään Kinexus-laitteen normaalivoiman säätöä muovifolionäppäimistön haptisen käyttäytymisen kvantifiointiin.
Tehtävä ja tavoite
Uuden tuotteen kehityshankkeessa on tarkoitus käyttää uutta muovifolionäppäimistöä. Sen painonappikytkimessä on oltava sama tuntopalaute kuin aiempien tuotteiden sarjamuovinäppäimistön kytkimissä. Tämän saavuttamiseksi sarjamuovifolionäppäimistön laukaisuvoima määritetään Kinexus-rotaatioreometrillä, ja se määritetään uuden muovifolionäppäimistön mittariksi.
Näytteet ja mittausmenetelmät
Mittaukset suoritettiin kuvassa 1 esitetyn muovifolionäppäimistön neljällä kytkimellä. Kytkimet on nimetty taulukossa 1 niiden symbolien mukaisesti.
Taulukko 1: Neljän kytkimen nimitys
| Nimitys | Symboli |
|---|---|
| Kytkin 1 | Nuoli |
| Kytkin 2 | Aurinko |
| Kytkin 3 | Rivit |
| Kytkin 4 | Valmiustila |
Muovifolionäppäimistö sahattiin testiä varten kahteen osaan, jotta vältyttäisiin kaatumiselta tutkimuksen aikana. Lisäksi joustojohto poistettiin. Valmisteltu muovifolionäppäimistö asetettiin Kinexus-rotaatioreometrin alemmalle mittauslevylle (ks. kuva 2).
Mekaanisen valmistuksen prototyyppiosastolla sorvattiin alumiinista valmistettua 8 mm:n kertakäyttölevygeometriaa 5,4 mm:llä (ks. kuva 3). Tällä pyrittiin varmistamaan, että ainoastaan kytkin mitattiin.
Ylempi mittausgeometria ajettiin näppäimistöön asti. Tämän jälkeen näppäimistö suunnattiin siten, että mittausgeometria oli painonappikytkimen päällä (ks. kuva 4).
Kutakin kytkintä kohden tehtiin kolme mittausta. Tätä varten käytettiin alustavaa voimaa (puristus). Tässä vaiheessa siirtymän arvoksi asetettiin nolla. Tämän jälkeen määritetään voiman enimmäisarvo, jonka kohdalla testi lopetetaan mittaus- ja arviointiohjelmistolla ( rSpace). Kun alustava voima on saavutettu, mittausjärjestelmä ajaa 0,01 mm/s nopeudella kohti muovifolion näppäimistöä, kunnes maksimivoima on saavutettu.
Kuvassa 5 on esitetty esimerkkinä tuloksena saatu kuorma-siirtymäkaavio. Laukaisuvoima näkyy paikallisena maksimina. Kun laukaisuvoima on ylitetty, painikkeen painamiseen tarvitaan vähemmän voimaa, kunnes se painetaan lyömällä läpi; sen jälkeen voima kasvaa lineaarisesti, kunnes voiman poiskytkentäarvo saavutetaan.
Mittaustulokset
Kuvassa 6 esitetään kolmen painonappikytkimen kuormitus-siirtymäkaavio. Y-akselilla esitetään voima ja x-akselilla siirtymä. Kunkin kuvaajan kolmella eri värillä esitetyt käyrät kuvaavat kolmea testiä kutakin kytkintä kohti.
Kuvassa 7 esitetään laboratoriotestin mittaustulokset. Y-akselilla on esitetty laukaisuvoima. X-akselilla on esitetty vastaavat painonappikytkimet. Kuvassa 6 esitetään paikallisten maksimien arviointi.
Lisätesti tehtiin lisäämällä testausnopeutta sen varmistamiseksi, ettei testausnopeudesta johtuvia large poikkeamia ole (ks. kuva 8). Tällöin ei kuitenkaan havaittu eroja laukaisuvoimassa. Voiman etenemisessä esiintyvät erot ovat toistettavuusalueella (ks. myös kuva 6).
Lisäksi testattiin vaihtoehtoisia näppäimistöjä. Voiman etenemisessä ja kompastumisvoimissa on havaittavissa poikkeamia, kuten kuvassa 9 on esitetty vaihtoehtoinen esimerkki.
Yhteenveto
Herkän normaalivoiman säädön ja suuren tiedonsiirtonopeuden ansiosta Kinexus-rotaatioreometriä käytettiin muovifolionäppäimistön neljän painonappikytkimen haptisen käyttäytymisen määrittämiseen. Tulokset osoittavat, että laukaisuvoima voidaan mitata toistettavasti. Tämä mahdollistaa taktiilisen palautteen standardin määrittämisen ja vertailun vaihtoehtoihin.
Tarkkuus, innovaatio, luottamus - WIKA:n mittaustekniikkaa
WIKA on yli 75 vuoden ajan edustanut mittaustekniikan tarkkuutta ja innovointia. Johtavana maailmanlaajuisena kumppanina WIKA tarjoaa ratkaisuja paineen, lämpötilan, voiman, tason ja virtauksen mittaamiseen sekä kalibrointiin ja SF6-kaasun hallintaan.
Maailmanlaajuisesti noin 11 200 työntekijää työllistävä WIKA kehittää sovelluskohtaisia ratkaisuja yhteistyössä yliopistojen ja teollisuusyritysten kanssa. Sen tuotteissa ja järjestelmissä yhdistyvät luotettavuus ja uusin teknologia - asiakkaiden ja yhteistyökumppaneiden eduksi.
Kinexus-rotaatioreometrin lisäksi WIKA työskentelee seuraavien yritysten kanssa DMA 303 Eplexor®® ja TMA 402 F3 Hyperion®®. Molempia menetelmiä käytetään polymeerien ja materiaalien käyttölämpötilojen määrittämiseen ja teknisten tietolehtisten täydentämiseen simulointia varten.