Wprowadzenie
Jeśli chodzi o materiały do zabawy sensorycznej, piasek kinetyczny i kit do zabawy oferują dzieciom wyraźnie różne doświadczenia - oba fascynujące same w sobie. Choć na pierwszy rzut oka mogą wydawać się podobne, ich podstawowy skład i zachowanie fizyczne ujawniają świat różnic.
Piasek kinetyczny jest dyspersją cząstek piasku rozproszonych w small ilości polimeru (PDMS - polidimetylosiloksan), nadając mu unikalne zachowanie przypominające płynięcie, przy jednoczesnym zachowaniu ziarnistej tekstury piasku. Po wymieszaniu zachowuje się prawie jak wolno poruszająca się ciecz, umożliwiając dzieciom łatwe formowanie, krojenie i kruszenie. Jego skład jest zbliżony do maksymalnej frakcji upakowania - co oznacza, że cząsteczki piasku są gęsto upakowane, z wystarczającą ilością spoiwa, aby umożliwić zarówno ruch, jak i przyczepność bez zbijania się w kupę.
Z kolei play putty (również na bazie PDMS) to zazwyczaj dyspersja cząsteczek pigmentu w lepkosprężystym medium. Rozciąga się, odbija, a nawet może pęknąć pod wpływem nagłej siły. W przeciwieństwie do piasku kinetycznego, play putty ma znacznie mniejsze NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie stałe i znacznie mniejsze cząsteczki, co skutkuje bardziej płynnym i elastycznym zachowaniem.
Chociaż zarówno piasek kinetyczny, jak i kit do zabawy są klasyfikowane jako dyspersje, są one formułowane zupełnie inaczej. Testy reologiczne wyjaśniają unikalne właściwości piasku kinetycznego i szpachli do zabawy oraz ich zależność od sposobu obchodzenia się z nimi.
Wyniki testów i dyskusja
Rysunek 1 przedstawia krzywe wynikowe przemiatania częstotliwości wykonanego na masie szpachlowej.
Podczas gdy G' (sprężysty moduł ścinania) opisuje właściwości materiału podobne do ciała stałego, G" (lepki moduł ścinania) jest związany z jego właściwościami podobnymi do cieczy. Kąt fazowy δ to opóźnienie między przyłożonym naprężeniem oscylacyjnym a naprężeniem wynikowym. Jest on zdefiniowany jako:
Kąt fazowy waha się od 0° dla idealnie elastycznego materiału do 90° dla idealnie lepkich materiałów.
Przy wysokich częstotliwościach sprężysty moduł ścinania jest większy niż lepki moduł ścinania. W rezultacie w przypadku szybkich oscylacji (związanych z krótkimi skalami czasowymi lub szybkimi ruchami) materiał wykazuje zachowanie podobne do ciała stałego.
Skrzyżowanie między G' i G" obserwuje się przy 3 Hz, co odpowiada kątowi fazowemu 45°. Przy niższych częstotliwościach, wskazujących na wolniejsze ruchy, play putty wykazuje zachowanie płynne.
Rysunek 2 ilustruje zależne od częstotliwości zachowanie sprężystego modułu ścinania (G'), lepkiego modułu ścinania (G") i kąta fazowego (δ) dla piasku kinetycznego. W całym mierzonym zakresie częstotliwości materiał wykazuje głównie właściwości podobne do ciała stałego. Świadczą o tym konsekwentnie niższe wartości kąta fazowego (poniżej 45°) i dominacja G' nad G" w całym pomiarze.
Wnioski
Przebiegi częstotliwości są wykorzystywane do przewidywania, jak materiał zachowuje się zarówno w krótkich, jak i długich skalach czasowych. Krzywe uzyskane podczas testowania masy plastycznej i piasku kinetycznego można powiązać z doświadczeniami sensorycznymi osób z nich korzystających. Piasek kinetyczny pozwala na budowanie kształtów lub struktur, które zachowują swoją formę. Play putty stopniowo płynie i przybiera kształt pojemnika po użyciu.