Inledning
När det gäller sensoriska lekmaterial erbjuder kinetisk sand och play putty barn distinkt olika upplevelser - båda fascinerande i sig själva. Även om de kan verka lika vid första anblicken, visar deras underliggande sammansättningar och fysiska beteenden en värld av skillnader.
Kinetic sand är en dispersion av sandpartiklar som är dispergerade i en small mängd polymer (PDMS - polydimetylsiloxan), vilket ger den ett unikt flödesliknande beteende samtidigt som den behåller sandens granulära struktur. Vid omrörning beter den sig nästan som en långsamt flytande vätska, vilket gör att barn lätt kan forma, skära och smula den. Dess sammansättning ligger nära den maximala packningsfraktionen - vilket innebär att sandpartiklarna är tätt packade, med precis tillräckligt med bindemedel för att tillåta både rörelse och vidhäftning utan att kollapsa till en hög.
Däremot är play putty (som också är baserat på PDMS) vanligtvis en dispersion av pigmentpartiklar i ett viskoelastiskt medium. Det sträcker sig, studsar och kan till och med gå sönder under plötslig kraft. Till skillnad från kinetisk sand har play putty en mycket lägre fast substansbelastning med betydligt mindre partiklar, vilket resulterar i ett mer flytande och elastiskt beteende.
Även om både kinetisk sand och play putty klassificeras som dispersioner är de formulerade på helt olika sätt. Reologisk testning förklarar de unika egenskaperna hos kinetisk sand och play putty och deras beroende av hur de hanteras.
Testresultat och diskussion
Figur 1 visar de resulterande kurvorna från en frekvenssvepning som utförts på play putty.
Medan G' (elastisk skjuvmodul) beskriver materialets solidliknande egenskaper, är G" (viskös skjuvmodul) relaterad till dess vätskeliknande egenskaper. Fasvinkeln, δ, är fördröjningen mellan den applicerade oscillerande töjningen och den resulterande spänningen. Den definieras enligt följande:
Fasvinkeln varierar från 0° för ett perfekt elastiskt material upp till 90° för perfekt viskösa material.
Vid höga frekvenser är den elastiska skjuvmodulen större än den viskösa skjuvmodulen. Vid snabba svängningar (som förknippas med korta tidsskalor eller snabba rörelser) uppvisar materialet därför ett solidliknande beteende.
En övergång mellan G' och G" observeras vid 3 Hz, vilket motsvarar en fasvinkel på 45°. Vid lägre frekvenser, som indikerar långsammare rörelser, uppvisar play putty ett flödesbeteende.
Figur 2 illustrerar det frekvensberoende beteendet hos den elastiska skjuvmodulen (G'), den viskösa skjuvmodulen (G") och fasvinkeln (δ) för kinetisk sand. Över hela det uppmätta frekvensområdet uppvisar materialet övervägande solidliknande egenskaper. Detta framgår av de genomgående lägre fasvinkelvärdena (under 45°) och dominansen av G' över G" under hela mätningen.
Slutsats
Frekvenssvep används för att förutsäga hur ett material beter sig över både korta och långa tidsskalor. De kurvor som erhålls vid testning av play putty och kinetisk sand kan kopplas till de sensoriska upplevelserna hos de individer som använder dem. Kinetisk sand gör det möjligt att bygga former eller strukturer som behåller sin form. Play putty flyter gradvis ut och antar formen av sin behållare efter användning.