Introdução
A palavra "reologia" é composta pelos dois radicais gregos "rheos" (fluir) e "-logia" (ciência). Ela se refere ao estudo do comportamento de fluxo e deformação de materiais sob determinadas condições (temperatura, taxa de cisalhamento etc.). Para a maioria dos materiais, essas propriedades dependem muito da velocidade do processo. Por exemplo, em geral, os polímeros são diluídos por cisalhamento, ou seja, sua viscosidade de cisalhamento, ou resistência ao fluxo, diminui com o aumento da taxa de cisalhamento. Por outro lado, alguns materiais apresentam um comportamento de Espessamento por cisalhamentoEmbora a maioria das suspensões e dos materiais estruturados com polímeros seja de diluição por cisalhamento, alguns materiais também podem apresentar um comportamento de espessamento por cisalhamento, em que a viscosidade aumenta com o aumento da taxa de cisalhamento ou da tensão de cisalhamento.espessamento por cisalhamento. Um exemplo classic da cozinha é uma suspensão de água e amido. Com um movimento lento, ela pode ser misturada; uma batida mais rápida leva a um grande aumento na viscosidade de cisalhamento, e a dispersão se torna dura.
Devido a essa forte dependência da taxa de cisalhamento sobre as propriedades reológicas, a caracterização deve ser realizada em condições orientadas para o processo para ser decisiva. Há dois métodos de medição disponíveis. Enquanto o reômetro capilar Rosand captura as condições de processos rápidos, como a moldagem por injeção, o reômetro rotacional Kinexus é adequado para aplicações com uma taxa de cisalhamento mais lenta, como o fluxo de ketchup da garrafa e sua constituição estrutural na placa.
O reômetro rotacional Kinexus também possui, para essas medições, um sensor de força normal sensível com alta resolução de força, com o qual a força pode ser medida na direção vertical. Isso, combinado com a alta resolução de deslocamento e uma alta taxa de dados, permite a quantificação da percepção sensorial, além das investigações reológicas clássicas. Por exemplo, o Kinexus pode ser usado para simular os movimentos da língua contra o palato quando o chocolate está derretendo na boca (consulte aqui para obter mais informações).
A seguir, a regulagem da força normal do Kinexus será usada para quantificar o comportamento háptico de um teclado de folha de plástico.
Tarefa e objetivo
Para o projeto de desenvolvimento de um novo produto, pretende-se usar um novo teclado de folha de plástico. Seu botão de pressão deve ter o mesmo feedback tátil que os botões do teclado de folha de plástico em série dos produtos anteriores. Para isso, a força de disparo do teclado de folha de plástico serial é determinada usando o reômetro rotacional Kinexus, e isso é especificado como a métrica para o novo teclado de folha de plástico.
Amostras e métodos de medição
As medições foram realizadas nos quatro interruptores do teclado de plástico ilustrado na figura 1. Os interruptores estão nomeados na tabela 1 de acordo com seus símbolos.
Tabela 1: Designação dos quatro comutadores
| Designação | Símbolo |
|---|---|
| Interruptor 1 | Seta |
| Interruptor 2 | Sol |
| Interruptor 3 | Linhas |
| Interruptor 4 | Em espera |
O teclado de folha de plástico foi serrado em duas partes para o teste, a fim de evitar tombamento durante a investigação. Além disso, o cabo flexível foi removido. O teclado de folha de plástico preparado foi colocado na placa de medição inferior do reômetro rotacional Kinexus (veja a figura 2).
No Departamento de Prototipagem no local para fabricação mecânica, uma geometria de placa de uso único de 8 mm feita de alumínio foi girada em 5,4 mm (veja a figura 3). O objetivo era garantir que exclusivamente o interruptor estivesse sendo medido.
A geometria de medição superior foi conduzida até o teclado. Em seguida, o teclado foi orientado de forma que a geometria de medição fosse posicionada sobre um botão de pressão (veja a Figura 4).
Foram realizadas três medições por switch. Para isso, foi aplicada uma força preliminar (compressão). Nesse momento, o valor do deslocamento é definido como zero. Em seguida, é definido um valor máximo de força no qual o teste é encerrado pelo software de medição e avaliação, rSpace. Depois de atingir a força preliminar, o sistema de medição se move com uma velocidade de 0,01 mm/s em direção ao teclado de folha de plástico até que a força máxima seja atingida.
Na Figura 5, como exemplo, é apresentado o diagrama carga-deslocamento resultante. A força de disparo aparece como um máximo local. Depois de exceder a força de disparo, é necessária menos força para pressionar o botão, até que ele seja empurrado ao bater; a força, então, aumenta linearmente até que o valor de desligamento da força seja atingido.
Resultados da medição
A Figura 6 mostra o diagrama carga-deslocamento para os três botões de pressão. No eixo y, a força é mostrada e o eixo x mostra o deslocamento. As três curvas mostradas em outras cores para cada gráfico representam os três testes por interruptor.
A Figura 7 mostra os resultados da medição do teste de laboratório. No eixo y, a força de disparo é mostrada. O eixo x mostra os respectivos botões de pressão. Na figura 6, é apresentada a avaliação dos máximos locais.
Um teste adicional com maior velocidade de teste foi realizado para garantir que não houvesse nenhum large desvio devido à velocidade de teste (veja a Figura 8). Aqui, no entanto, não houve diferenças na força de disparo. As diferenças na progressão da força estão dentro da faixa de reprodutibilidade (consulte também a figura 6).
Além disso, foram testados teclados alternativos. Os desvios podem ser vistos na progressão da força e nas forças de tropeço, conforme mostrado na figura 9 com um exemplo alternativo.
Resumo
Graças à sua regulagem sensível da força normal e à alta taxa de dados, o reômetro rotacional Kinexus foi usado para determinar o comportamento háptico de quatro botões de um teclado de folha de plástico. Os resultados mostram que a força de disparo pode ser medida de forma reprodutível. Isso permite a determinação de um padrão para feedback tátil e a comparação com alternativas.
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Além do reômetro rotacional Kinexus, a WIKA trabalha com o DMA 303 Eplexor®® e o TMA 402 F3 Hyperion®®. Ambos os métodos são usados para determinar as temperaturas operacionais de polímeros e materiais e para complementar as folhas de dados técnicos para simulação.