Messung der dynamischen Eigenschaften verdünnter Polymerlösungen

Zusammenfassung Ein neuartiges Rheometer zur Ermittlung der rheologischen Eigenschaften von Polymerlösungen im linear-viskoelastischen Bereich wird vorgestellt. Durch Anwendung der Laser-Doppler-Anemometrie, die eine im hydro-dynamischen Sinn störungsfreie Meßmethode darstellt, ist es möglich, niedrig-viskose bis hin zu wasserähnlichen Proben zu vermessen.Zur Bewältigung der in großer Zahl anfallenden Daten und Rechenoperationen findet ein Mikrocomputer-System Verwendung. Es erledigt im einzelnen die Aufgaben Versuchsablauf-Steuerung, Meßwerterfassung, Auswertung, Dokumentation und graphische Darstellung der Ergebnisse.Anhand von Messungen an newtonschen Flüssigkeiten werden der Funktionsnachweis erbracht und die Betriebsbereiche der Ringspaltsysteme unterschiedlichen Durchmessers ermittelt.Die viskoelastischen Eigenschaften von wäßrigen Polyethylenoxid- und Polyacrylamid-Lösungen niedriger Viskosität lassen sich über einen Frequenzbereich von 0,1 bis 100 Hz messen. Die Ergebnisse werden mit Hilfe der komplexen Viskositätsfunktion dargestellt. Daraus läßt sich als gleichwertige Darstellung das diskrete Relaxationsspektrum eines konkreten Stoffgesetzes gewinnen.

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A novel rheometer for determining the elastic characteristics of polymeric solutions in the linear-viscoelastic region is described. Laser-Doppler anemometry, which does not introduce hydrodynamic disturbances, is used to enable low viscosity liquids including water-like samples to be measured.A microcomputer system is utilized to control the experiments, store and analyse the measured data, and provide graphical representations of the results. Measurements on Newtonian liquids verified the validity of the method and allowed the operational regions of the annulus systems with different diameters to be determined.The elastic characteristics of low viscosity aqueous solutions of polyethyleneoxide and polyacrylamide can be measured at frequencies from 0.1 to 100 Hz. The results are presented using the complex viscosity function. As a result the discrete relaxation spectrum of a special material law can be obtained as an equivalent representation.

     

Gleichungen für die dynamische Viskosität und die Wärmeleitfähigkeit von reinem fluidem Wasser

Zusammenfassung Methoden zum Aufstellen von Gleichungen für die dynamische Viskosität und die Wärmeleitfähigkeit reiner fluider Stoffe werden angegeben und ihre Brauchbarkeit wird bei H₂O nachgewiesen. Es ergibt sich nur jeweils eine Gleichung für die Berechnung der Transportgrößen, die allerdings die Variablen Temperatur und Dichte anstelle von Temperatur und Druck enthält, dafür aber das ganze Gas- und Flüssigkeitsgebiet erfaßt. Es werden neue Erkenntnisse über die prinzipielle Abhängigkeit der Transportgrößen von Temperatur und Dichte gewonnen.

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Equations for the dynamic viscosity and the thermal conductivity of pure fluid water substance

Methods for formulating equations for the dynamic viscosity and the thermal conductivity of pure fluid substances are given; their applicability is proved for H₂O. It is found that only one equation is needed to calculate the transport properties, which has the variables temperature and density instead of temperature and pressure, but covers the whole gaseous and liquid region. New knowledge of the principal dependence of the transport properties on temperature and density is attained.

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Über dieses Thema wurde am 6. 10. 1969 auf dem Thermodynamik-Kolloquium des VDI in Zürich berichtet.     

Die Wechselwirkung zwischen Schwinger und Antrieb bei erzwungenen Schwingungen

de]Zusammenfassung Die bei erzwungenen Schwingungen mit Rückwirkung des Schwingers auf den Antrieb auftretenden Erscheinungen wurden untersucht. Dabei ergaben sich als wichtigste Eigenschaften:Bei einer mit der Drehzahl fallenden Momentenkennlinie, wie sie z. B. im Arbeitsbereich von Elektromotoren meist vorliegt, können unter den hier angegebenen Bedingungen beim Durchfahren der kritischen Drehzahl Amplituden- und Frequenzsprünge auftreten.Im Gebiet der Resonanz ergeben sich neuartige Bedingungen für die Stabilität von stationären Schwingungszuständen. Es wurde gezeigt, daß die Stabilität von der Neigung der Momentenkurve und vom Größenverhältnis von Motor und Schwinger abhängt. Die normierte Darstellung ermöglicht es, die Stabilitätsbedingungen für beliebige Schwinger des behandelten Typs rasch quantitativ zu berechnen.Die erhaltenen Ergebnisse haben unmittelbare praktische Bedeutung für Systeme, die im Resonanzgebiet arbeiten. Das ist z. B. bei Schwingsieben und Schwingförderrinnen der Fall. Auch beim Hochfahren und Anlaufen von überkritisch laufenden Maschinen können die hier beschriebenen Erscheinungen vorkommen und müssen gegebenenfalls berücksichtigt werden.     

Dynamic stability of discrete spherical structural systems in fluid media

Summary The dynamic response of a two degree of freedom spherical structural system immersed in viscous fluid media is studied with the fluid reactions obtained byBasset included in the differential equations of motion. Closed form solutions for the response of such systems are presented and a dynamic stability criterion based on the form of the solutions is developed. The solutions and the stability criterion are applicable to the limiting case when the system is surrounded by a vacuum. The various regions of stability and instability are delineated, and it is shown that the type of instability is significantly influenced by the physical properties of the surrounding fluid medium.

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Übersicht Es wird das Verhalten eines mechanischen Systems von zwei Freiheitsgraden untersucht, das aus zwei miteinander verbundenen, kugelförmigen Massen in einer zähen Flüssigkeit besteht. Dabei werden die Zusatzmassen der mitbewegten Flüssigkeit nachBasset in den Bewegungsgleichungen berücksichtigt. Es werden geschlossene Lösungen für die Bewegungen angegeben und daraus die Stabilitätsbedingungen ermittelt. Lösungen und Stabilitätsbedingungen können auch noch auf den Grenzfall eines im Vakuum befindlichen Systems angewendet werden. Die Parameterbereiche für Stabilität und Instabilität werden beschrieben, und es wird gezeigt, daß die Art der Instabilität wesentlich durch die physikalischen Eigenschaften der umgebenden Flüssigkeit bestimmt wird.

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The research upon which this paper is based was supported by the National Science Foundation Grant Nos. GK-479 and GP-2094 to Northwestern University.     

Kennfelder für Schleppströmungspumpen zur Förderung nicht-newtonscher Flüssigkeiten

Zusammenfassung Ausgehend von den für ebene Schichtenströmungen gültigen Beziehungen wird gezeigt, wie man für ein Fluid mit beliebiger Fließfunktion die zur Auslegung einer Schleppströmungspumpe erforderlichen Kennfelder konstruieren kann, welche allgemeine Eigenschaften diese Kennfelder besitzen und wie sie bei speziellen Fluidmodellen aussehen. Es stellt sich dabei heraus, daß eine Parameterdarstellung zweckmäßig und bei beliebiger Form der Fließfunktion immer möglich ist, wobei ein dimensionsloses Maß für die Schubspannung an der feststehenden Wand die Rolle des Parameters spielt. Der Zusammenhang zwischen geeignet definierten dimensionslosen Größen, welche dem Druckanstieg, dem Volumenstrom und der Schleppgeschwindigkeit zugeordnet sind, läßt sich so stets in zwei leicht zu konstruierenden Diagrammen darstellen, denen explizite Formeln zugrunde liegen. Interessieren weitere Größen wie die von der Pumpe an das Fluid abgegebene Leistung oder der Pumpwirkungsgrad, so kommen entsprechend viele weitere Kennfelder hinzu. Ihre Handhabung bei der Lösung für die Praxis wichtiger Aufgaben erweist sich als denkbar einfach. Durch graphische oder numerische Elimination des Scharparameters aus je zwei der genannten Kennfelder bzw. den zugrunde liegenden Formeln können die Linien konstanter Schleppgeschwindigkeit, konstanter Schleppleistung und konstanten Wirkungsgrads im Druck-Durchsatz-Diagramm erzeugt werden. Dabei zeigt sich, daß die Kurvenschar konstanten Wirkungsgrads bei strukturviskosen und dilatanten Flüssigkeiten jeweils unverwechselbare Eigenschaften besitzt, die mit der Art der relativen Extrema des Pumpwirkungsgrads innerhalb der Zustände mit verschwindender Wandschubspannung zusammenhängen.

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Summary Starting from the equations which describe the steady shearing flow of a non-Newtonian fluid with arbitrary rate of shear function, the general properties of a pump with a fixed and a moving wall are discussed. It turns out that it is useful and possible for arbitrary rate of shear function to construct the pump characteristics by means of the shear stress on the fixed wall as a parameter. In this way the connection between the dimensionless pressure gradient, the dimensionless volume discharge per unit time and the dimensionless velocity of the moving wall can be represented in two diagrams for which explicit formulas exist. If one also is interested in the power added to the fluid and the efficiency of the pump, one has to construct two more diagrams on the basis of simple formulas with the aid of which it is easy to solve some important engineering problems. Eliminating from the figures the shear stress on the fixed wall, one obtains the pump characteristics for constant efficiency. These curves possess rather different properties for shear thinning and shear thickening fluids. The general results are demonstrated by means of some special fluid models in a series of diagrams.

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Mit 16 Abbildungen und 1 Tabelle     

Rheological simulation of synovial fluid by a synthetic macromolecular solution

Summary The flow characteristics of a series of potential synthetic synovial fluids have been examined. These were mainly solutions of polyvinyl pyrrolidone in water. The techniques leading to the production of a fluid with flow properties very similar to normal synovial are described.The apparent shear elasticity and relaxation time data of the synthetic fluid as compared to normal fluid are discussed in terms of the relative importance of intermolecular entanglement and intermolecular complexing in the 2 fluids.

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Zusammenfassung Die Synovialflüssigkeit von normalen menschlichen Gelenken zeigt ein charakteristisches Theologisches Verhalten, das stark verändert ist, wenn das Gelenk von rheumatischer Arthritis befallen ist. Um die Möglichkeit der Substitution mit einer synthetischen Gelenkflüssigkeit im krankhaften Gelenk zu bewerten, mit dem Ziel die Symptome zu erleichtern und den Prozeß der Gelenkzerstörung zu verzögern, wurde besonders Wert darauf gelegt, eine Polymerlösung zu finden mit ähnlichen Theologischen Eigenschaften wie eine normale Synovialflüssigkeit. Es wird angenommen, daß das besondere rheologische Verhalten einer normalen Synovialflüssigkeit (hohe Viskosität und Elastizität, ausgeprägtes nicht-Newtonsches Verhalten und Thixotropie) von Bedeutung für das Schmieren von Gelenken ist, obwohl ihre genaue Bedeutung im Bezug auf Reibung noch nicht gesichert ist und augenblicklich diskutiert wird.Fließexperimente wurden mit einemWeissenberg-Rheogoniometer usgeführt und mit einem UV-Schreiber registriert, um genaue Fließ-Spannungswerte zu erhalten.In dieser Abhandlung werden Ergebnisse über das Fließverhalten verschiedener möglicher synthetischer Flüssigkeiten veröffentlicht einschließlich der, die schließlich gewählt wurde: eine Lösung von umgewandeltem PVP (Polyvinylpyrrolidon). Dies ist ein wasserlöslicher hochmolekularer Stoff, der sich als physiologisch verträglich und nicht-toxisch gezeigt hat. Wäßrige 10%ige Lösungen mit hochmolekularem PVP ha ben ein Viskositätsverhalten, das bei niedrigerer Schubbel astung der normalen Synovialflüssigkeit ähnlich ist, aber nichtthixotropes und nur leicht nicht-Newtonsches und elastisches Verhalten zeigt. Im Labor hergestelltes hochgereinigtes PVP ergab ein Polymerisat, das in Lösung ein ähnliches Verhalten zeigte wie Handelsmaterial. Bestrahlung jedoch mit einer kritischen Dosis von 1,5 mrad in einem UCR 100 Reaktor erzeugte ein Polymerisat, das in 10%iger wäßriger Lösung ein Fließverhalten zeigte, das der normalen Synovialflüssigkeit sehr ähnlich war.Diese Ergebnisse werden im Detail dargelegt: besonders die Eigenschaften unter Höchstbelastung, die bei Beginn einer Schubbelastung in tangentialer als auch in normaler Richtung auftreten. Die Wirkung von anderen Bestrahlungsdosen auf das Theologische Verhalten wird auch beschrieben. Die Scher-Resistenz der synthetischen Flüssigkeit wurde mit einem Rheogoniometer und einem Gelenk-Simulator getestet und die Schmiereigenschaften mit der normalen Synovialflüssigkeit verglichen.Die Bedeutung der Theologischen Ergebnisse wird im Licht der neuen Theorien für Lösungen von Polymeren, die einem Scherfließen unterworfen sind, diskutiert, und mögliche Anwendungen auf andere biologische Flüssigkeitssysteme werden vorgeschlagen.

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Paper presented to the British Society of Rheology Conference on Rheology in Medicine and Pharmacy, London, April 14–15, 1970.     

Kurzzeit-Rotations-Rheometer zur Messung von hohen Schub- und Normalspannungen bei großen Schergefällen

Zusammenfassung Es wird der Aufbau eines Rotationsrheometers vorgestellt, mit dem elasto-viskose Eigenschaften von beispielsweise Polymerschmelzen bei hohen Schergefällen untersucht werden können. Beschrieben werden der Antrieb, der extrem kurzzeitige Messungen erlaubt, und die Meßeinrichtungen für die Schub- und Normalspannungen und den Drehzahlverlauf.

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Summary The construction of a rotary rheometer is presented by which viscoelastic properties of for instance polymer melts can be investigated at high shear rates. The driving unit which allows extremely short-time measurements and the measuring equipment for shear and normal stresses as well as angular velocity are described.

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Mit 4 Abbildungen     

Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften von makro- und mikrokristallinen Paraffinen durch Zusatzmittel

Zusammenfassung Auf Grund unserer mitgeteilten Resultate kann folgendes festgestellt werden:Die Theologischen Eigenschaften sämtlicher Paraffinarten sind in hohem Grade temperaturabhängig. Die Temperaturfunktionen der verschiedenen Eigenschaften zeigen nicht in allen Fällen monotonen Charakter.Die makro- und mikrokristallinen Paraffine sowie deren Gemische verhalten sich innerhalb der vorliegenden Grenzen der Belastung, Temperatur und Deformationsgeschwindigkeit im Grunde genommen als viskoelastische Systeme. Sie verhalten sich unterhalb ihres Stockpunktes als plastische Systeme, dagegen werden sie bei tieferen Temperaturen immer spröder.Die rheologischen Eigenschaften von makrokristallinen Paraffinen können durch Compoundierung mit mikrokristallinen Paraffinen oder Kunststoffen, zum Beispiel mit Polyäthylenwachs vorteilhaft beeinflußt werden.Das Studium auf dem Gebiet der Rheologie von Paraffinen wird nicht als abgeschlossen betrachtet, die Arbeit wird fortgesetzt.

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Summary Based on our results reported above, we can state the following:The rheological properties of all sorts of paraffins are in a high degree dependent on temperature. The temperature functions of the different properties are not in all cases of monotone character.The macro- and microcrystalline paraffins as well as their blends, within the limits of load, temperature, and rate of deformation, behave essentially as viscoelastic systems. Below their freezingpoints, they behave as plastic systems, whereas at still lower temperatures they become ever more brittle.The rheological properties of macrocrystalline paraffins can be favourably influenced by compounding with microcrystalline paraffins or plastics, e. g. polyethylene wax.Our studies concerning the rheology of paraffins are not considered as being definitively terminated, work along this line is being continued.

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Vorgetragen auf der Jahrestagung der Deutschen Rheologen in Berlin-Dahlem vom 20.–21. Mai 1968.     

Stability of Ziegler's pendulum with eccentric load and load-dependent stiffness

Summary The stability of Ziegler's pendulum with eccentric load and load-dependent stiffness is considered. It is shown that the flutter load is affected by a support that stiffens as it is compressed, and by eccentricity of the tangential load.

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Stabilität eines Zieglerschen Stabes mit exzentrischen Belastungen und lastabhängiger Steifigkeit

Übersicht Es wird die Stabilität eines Zieglerschen Stabes untersucht, und zwar unter einer exzentischen Belastung und mit einer lastabhängigen Steifigkeit. Es hat sich gezeigt, daß der Flatterwert der Last, von der Art der Befestigung beeinflußt wird, die steifer wird unter einer zunehmenden Druckbelastung und mit anwachsender Exzentrizität der Tangentiallast.

     

Rheology of plastic fats

Summary A plastic material is obtained by rapid cooling of a solution of glyceryl tristearate in paraffin oil. The fat crystals produced form a three-dimensional network structure, which is mainly responsible for the rheological properties of the material.The properties have been investigated by means of creep measurements at deformations not exceeding a few percent, and in a concentric cylinder viscometer at very low shear rates.Results of measurements are discussed in terms of the properties of the three-dimensional network of fat crystals.

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Zusammenfassung Eine plastische Substanz wird durch rasches Abkühlen einer Lösung von Glyceryltristearat in Paraffinöl erhalten. Es entstehen dabei zusammenhängende Fettkristalle, welche eine feste Struktur bilden. Die Theologischen Eigenschaften des Materials werden hauptsächlich durch diese vernetzte Struktur der festen Teilchen bestimmt.Die Messung der Eigenschaften erfolgte mittels Kriechversuchen bei sehr kleinen Deformationen und im Rotationsviskosimeter bei sehr niedrigem Geschwindigkeitsgefälle. Die Ergebnisse dieser Messungen werden an Hand von den Eigenschaften der vernetzten Struktur der Fettkristalle diskutiert.

     

An expression for transient thermal stress in a nonhomogeneous plate with temperature variation through thickness

Summary An expression for nonzero thermal stress in a nonhomogeneous flat plate with arbitrary variation in mechanical properties is presented under a transient temperature distribution. Especially an equation for nonzero thermal stress and its numerical calculation showing the effect of nonhomogeneous thermal and mechanical properties on temperature and thermal stress distribution, is given for the case of an exponentially varying thermal conductivity and Young's modulus, but for a homogeneous Poisson's ratio and coefficient of linear thermal expansion.

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Formeln für transiente Wärmespannungen in einer nichthomogenen Platte mit einer über die Dicke veränderlichen Temperatur

Übersicht Es werden Ausdrücke für nichtverschwindende Wärmespannungen in einer inhomogenen ebenen Platte bei beliebiger Ortsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften entwickelt, und zwar für eine transiente Temperaturverteilung. Insbesondere wird eine Gleichung für nichtverschwindende Wärmespannungen angegeben und numerisch ausgewertet, die den Einfluß nichthomogener thermischer und mechanischer Eigenschaften auf die Verteilung von Temperatur und Wärmespannung bei exponentieller Ortsabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit und des E-Moduls darstellt, wobei jedoch die Poissonzahl und der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient konstant sind.

     

Rheological properties of two dimensional surface films

Summary A new instrument has been developed for measuring the stationary state properties of two dimensional (monolayer or multilayer) films. The proteins bovine serum albumin and ovalbumin were chosen for an initial study to demonstrate the apparatus, because these are known to produce viscoelastic films.The change in viscoelastic properties with age have been measured for adsorbed films of bovine serum albumin and ovalbumin, and the change in surface properties with concentration of a spread film of bovine serum albumin.Bovine serum albumin was the slower to form a film by adsorption but subsequently became the more rigid. A spread film of bovine serum albumin, although viscoelastic, was weaker than the film formed by adsorption.

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Zusammenfassung Es wurde ein neues Instrument zum Messen der stationären Zustandseigenschaften zweidimensionaler (Monoschicht oder Multischicht) Filme entwickelt. Die Proteine Rinderserumalbumin und Ovalbumin wurden für das Anfangsstadium gewählt, um die Apparatur zu demonstrieren, da es bekannt ist, daß sie viskoelastische Filme produzieren.Es wurde die Änderung der viskoelastischen Eigenschaften der adsorbierten Filme von Rinderserumalbumin und Ovalbumin infolge der Alterung und die Konzentrations-Änderung der Oberflächeneigenschaften von einem aufgetragenen Film von Rinderserumalbumin gemessen.Rinderserumalbumin bildete einen Film durch Adsorption langsamer, der aber später der starrere Film wurde. Ein aufgetragener Rinderserumalbuminfilm, obgleich elastisch, war schwächer als der Film, der durch Adsorption gebildet wurde.

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Paper presented to the British Society of Rheology Conference on Rheology in Medicine and Pharmacy, London, April 14–15, 1970.     

Concentration effects in viscoelastic dispersions

Summary The linear and nonlinear behaviour of thixotropic dispersions in viscoelastic media has been measured. The systems are composed of rutile TiO₂ particles dispersed in a 85% solution of polymerized linseed oil in linseed oil. The volume concentration of the dispersed phase varies between 0 and 23.8%. Under stationary flow the equilibrium viscosities and the first normal stress differences have been recorded. The viscosity data extend from theNewtonian to the power law region. Relative properties have been calculated based upon equal shear rates and also based upon equal shear stresses.The results are discussed in the light of hydrodynamic and physicochemical interactions. A comparison is made with available data on viscoelastic suspensions. The contribution of thixotropy is isolated and its viscoelastic nature is demonstrated. Oscillatory measurements are performed on the sheared samples and the results are compared with the behaviour under stationary flow in the linear as well as in the nonlinear concentration range.

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Zusammenfassung Es wurde das lineare und nicht-lineare Verhalten thixotroper Dispersionen in viskoelastischen Medien experimentell untersucht. Die Systeme bestehen aus Rutil(TiO₂)-Teilchen, die in einer 85%igen Lösung von polymerisiertem Leinöl in (monomerem) Leinöl dispergiert sind. Die Volumenkonzentration der dispersen Phase variiert von null bis 23.8%. Bei stationären Fließbedingungen wurden die Gleichgewichts-Viskosität und die erste Normalspannungsdifferenz aufgenommen. Die Viskositätswerte erstrecken sich vomnewtonschen bis zum Potenz-Gesetz-Bereich. Es wurden relative Eigenschaften berechnet, die entweder auf gleiche Schergeschwindigkeiten oder gleiche Schubspannungen bezogen sind.Die Ergebnisse werden im Hinblick auf hydrodynamische und physikochemische Wechselwirkungen diskutiert und mit den vorliegenden Daten anderer viskoelastischer Suspensionen verglichen. Der Beitrag der Thixotropie wird abgetrennt und seine viskoelastische Natur aufgezeigt. An den gescherten Proben werden Schwingungsmessungen durchgeführt, und ihre Ergebnisse werden mit dem Verhalten bei stationären Bedingungen sowohl im linearen als auch im nichtlinearen Konzentrationsbereich verglichen.

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Paper, presented at the 6. International Congress of Rheology, Lyon, Sept. 4–8, 1972. Inadvertently this paper was not published with the Congress papers.

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With 5 figures     

Shear thickening phenomena in poly(vinyl)alcohol-borate complexes

Bizarre rheological properties of shear thickening complexes of poly(vinyl) alcohol and sodium borate have been investigated in Couette flow experiments. At least three distinct types of shear rate induced rheological transitions have been discovered. The type of shear thickening which results when a threshold shear rate is exceeded is reversible, and the threshold shear rate depends upon the composition. Typical rheological behaviorbelow andabove the threshold shear rate are as follows: Type I: shear thinning-shear thickening, Type II: shear thickening-erratic, Type III: Newtonian (low viscosity)-Newtonian (high viscosity). Normal stress effects and time dependent shear thickening have also been observed. The results are interpreted in the light of mechanisms advanced to explain gradient and time dependent shear thickening phenomena. Included is a concise literature survey of shear thickening phenomena.

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Zusammenfassung Es werden einige rheologische Eigenschaften von Scherverdickungskomplexen aus Poly(vinyl)alkohol und Natriumborat beschrieben. Die Art der Scherverdickung, die sich ergibt, wenn eine Schwellenschergeschwindigkeit beim Couette-Fließen überschritten wird, ist reversibel. Es lassen sich mindestens drei ausgeprägte Typen der durch die Schergeschwindigkeit induzierten Übergänge des rheologischen Verhaltens identifizieren.Die Schwellenschergeschwindigkeiten variieren stark, und zwar je nach der Zusammensetzung. Die Viskositätsgrößen unterhalb und oberhalb der Schwellenschergeschwindigkeit variieren erheblich, z. B. von 0,2 Poise bis 1 Poise oder von 3 Poise bis 80 Poise. Der Übergang im Fließverhalten wird von Normalspannungseffekten begleitet, die für fließende viskoelastische Flüssigkeiten typisch sind.Es kommen bizarre rheologische Effekte vor, wie beispielsweise Scherverdünnung/Scherverdickung, Scherverdickung/Seherverdünnung, Newtonsches Verhalten/Scherverdickung/Newtonsches Verhalten.Bei einigen Stoffen wird auch zeitabhängiges Scherverdickungsverhalten beobachtet.

     

Theoretical model studies of wave transmission in semicircular canal ducts

Summary Some aspects of the dynamic behavior of semicircular canal ducts are examined by analyzing the wave transmission characteristics of an elastic fluid-filled toroidal shell which is suspended in a rigid fluid-filled toroidal channel. The fluids contained in the elastic and in the rigid channel are considered incompressible and inviscid. Linear equations of motion are derived which interrelate approximately the inertia, elastic and hydrodynamic forces in the system. If we disregard a possible twisting of the elastic torus and bending perpendicular to the plane of the canals, the system is shown to transmit three basic types of waves. The corresponding dispersion curves and mode shapes are computed for a representative set of parameter values and are compared with experimental data obtained from a laboratory model. Certain findings of this investigation are expected to be relevant to a study of the pulse wave in the aortic arch.

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Übersicht Es werden einige Aspekte des dynamischen Verhaltens von halbkreisförmigen Kanälen (Bogengänge) an Hand einer Analyse der charakteristischen Eigenschaften von Wellen untersucht. Die Kanäle befinden sich in einer elastischen, mit Flüssigkeit gefüllten, torusförmigen Schale, die in einem starren, mit Flüssigkeit gefüllten, torusförmigen Kanal schwebt. Die Flüssigkeiten im elastischen und starren Kanal werden als inkompressibel und reibungsfrei vorausgesetzt. Lineare Bewegungsdifferentialgleichungen werden abgeleitet, die näherungsweise die Trägheitskräfte mit den elastischen und hydrodynamischen Kräften des Systems in Beziehung bringen. Wenn man eine mögliche Verdrehung des Querschnittes und eine Ausbiegung senkrecht zur Bogengangebene außer acht läßt, dann können im System drei verschiedene Wellentypen auftreten. Die zugehörigen Dispersionskurven und Wellenformen werden für bestimmte Parameterwerte berechnet und mit Messungen an einem Laboratoriumsmodell verglichen. Gewisse Resultate dieser Untersuchung dürften für das Studium der Pulswelle im Aortenbogen von Bedeutung sein.

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Dedicated to Professor Dr. H. Ziegler on the occasion of his 60th birthday.     

An experimental investigation into some problems connected with tackiness and adhesion

Summary An instrument is described enabling the measurement of the various parameters determining the phenomenon of tackiness arising under the circumstances of the experiment. It appears that tackiness is a complex phenomenon composed of two different processes. The first is the adhesion which is established during the touching of the two surfaces, and which is mainly determined by the extent of the area of contact, which in its turn depends on the geometry of the experiment and the bulk properties of the tacky material. The other process is the separation of the two adherents depending upon properties connected with the physical state in the border region between the two surfaces. The experiment proves that the adhesion energy per surface unit is independent of time, stress and temperature during the touching process but is only determined by the intermolecular forces. The process of separation, on the contrary, is essentially a tearing process and highly dependent upon stress and temperature, as is the case with the propagation of cracks in visco-elastic media.

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Zusammenfassung Es wird ein Instrument beschrieben, das die verschiedensten Parameter zu messen erlaubt, die das Phänomen der Klebrigkeit unter den während des Experiments auftretenden Umständen bestimmen. Es scheint, daß die Klebrigkeit ein komplexes Phänomen, bestehend aus zwei verschiedenen Prozessen, darstellt. Der erste ist die Adhäsion, die während der Berührung der zwei Oberflächen eintritt, und die im wesentlichen durch die Größe der Kontaktflächen bestimmt ist, die wiederum von der Geometrie des Experimentes und den Masseneigenschaften des klebrigen Materials abhängt. Der andere Prozeß ist die Trennung zwischen den beiden Komponenten, der von Eigenschaften des physikalischen Zustandes in der Kontaktregion zwischen den beiden Flächen abhängt. Das Experiment beweist, daß die Adhäsionsenergie pro Flächeneinheit während der Berührung unabhängig von Zeit, Zug und Temperatur ist und nur durch die intermolekularen Kräfte bestimmt wird. Der Prozeß der Trennung dagegen ist im wesentlichen ein Zerreißvorgang und sehr stark von Zug und Temperatur abhängig, genau wie die Ausbreitung von Brüchen in viskoelastischen Medien.

     

Further consideration to the determination of viscometric data from the Brookfield Synchro-Lectric Viscometer

Summary Techniques for obtaining the apparent viscosity of non-Newtonian materials from the Brookfield Synchro-Lectric Viscometer are discussed for rotating discs, spheres, and cylinders. Results from approximate methods, suitable for hand calculation, and from computer programs applied to data obtained from various test fluids are compared with viscometric results from other commercial rheometers. It is shown that both the results from the approximate methods used, and from the computer programs are in good agreement with the known fluid behaviour, and that the approximate methods provide a simple means of obtaining reliable viscometric data. The computational methods used for spheres and discs give better agreement with the known viscometric liquid behaviour but may suffer somewhat on comparison with the approximate methods, due to the extra sophistication in their implementation.

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Zusammenfassung Es werden Methoden zur Berechnung der Viskosität nicht-newtonscher Flüssigkeiten aus Messungen mit dem Brookfield-(Synchro-Lectric-)Viskosimeter für rotierende Scheiben, Kugeln und Zylinder diskutiert. Die Ergebnisse der Anwendung von Näherungsmethoden, wie sie für Rechnungen von Hand geeignet sind, und von Computer-Programmen auf verschiedene Testflüssigkeiten werden mit den Ergebnissen von Viskositätsmessungen mittels anderer kommerzieller Rheometer verglichen. Es wird gezeigt, daß sowohl die Ergebnisse der Näherungsmethoden als auch der Computerprogramme sich in guter Übereinstimmung mit dem bekannten viskosimetrischen Verhalten der Flüssigkeiten befinden und die Näherungsmethoden ein einfaches Mittel zur Gewinnung zuverlässiger Viskositätsdaten darstellen. Die Computermethoden ergeben für Kugeln und Scheiben zwar eine bessere Übereinstimmung mit dem bekannten Viskositätsverhalten, doch sind sie im Vergleich zu den Näherungsmethoden im Nachteil im Hinblick auf den höheren Aufwand, der zu ihrer Durchführung nötig ist.

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With 14 figures and 1 table     

High-elasticity of polyisobutylene and polystyrene solutions

Summary A study is made of the high-elastic properties of solutions of polyisobutylene and polystyrene in a range of solvents of different quality with respect to these polymers. Measurements were carried out at room temperature in the concentration range 20–100% for polyisobutylene and 20–67% for polystyrene.It is shown that in contrast to the known effect of the nature of solvent on the viscous properties of polystyrene, the modulus of high elasticity of polystyrene solutions, as well as those of the flexible-chain polymer (polyisobutylene), measured in the linear range of mechanical behaviour of the system, depends only on the content of polymer in the solution and is practically independent of the nature of solvent.In the region of fairly high molecular weights the modulus of high elasticity is independent of the molecular weight of monodisperse polymers, but decreases with broadening MWD. The predominating role is not that of the high-molecular-weight fractions, but of the width of MWD.At high shear rates in the case of solutions of polymers in good solvents the variations of the modulus with shear rate is of an external nature, so that with shear rate is of an external nature, so that with a very high viscosity anomaly the modulus can decrease.

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Zusammenfassung Es werden die hochelastischen Eigenschaften von Polyisobutylen-bzw. Polystyrol-Lösungen untersucht, wobei verschiedene Lösungsmittel eingesetzt werden. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur im Konzentrationsbereich von 20–100% bei Polyisobutylen und von 20–67% bei Polystyrol durchgeführt.Es zeigt sich, daß sowohl der Hochelastizitätsmodul von Styrol-Lösungen als auch der Modul von Polyisobutylen im linearen mechanischen Bereich nur vom polymeren Gehalt der Lösung und nicht vom Lösungsmittel abhängt. Dieses Verhalten weicht von den Viskositätseigenschaften ab, die bekanntlich durch das Lösungsmittel mitbestimmt werden.Im Bereich recht hoher Molekulargewichte wird der Modul der Hochelastizität unabhängig vom Molekulargewicht monodisperser Systeme, hingegen sinkt er mit breiter werdender Molekulargewichtsverteilung ab. Die beherrschende Rolle spielt nicht der Antcil des hohen Molekulargewichts, sondern die Molekulargewichtsverteilung.Bei hohen Schergeschwindigkeiten ist in guten Lösungsmitteln die Modulabhängigkeit von dieser Geschwindigkeit durch äußere Umstände bedingt, so daß bei sehr großer Viskositätsanomalie der Modul sinken kann.

     

The flow of plastic disperse systems in the presence of the wall effect

Summary The results of studies of the wall effect in the flow of lubricating greases of different types are presented. It has been shown that the wall effect substantially influences the flow curves obtained for smooth capillaries, especially at low shear rates; the magnitude of this effect is estimated as a function of the capillary radius and shear rate at the capillary wall. It has been proved experimentally that the use of grooved surfaces eliminates the wall effect completely.The properties of a wall layer were assessed on the basis of the concept of the activation nature of the viscous flow of disperse systems. The following parameters of the wall layer have been determined from the variations of the free activation energy in the wall layer and in the bulk of the grease: thickness, disperse phase concentration and viscosity characteristics. The mechanism of flow generation and development in the wall layer is explained on the basis of the data obtained.Good agreement of theory with experiment is shown.

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Zusammenfassung Es werden die Ergebnisse von Untersuchungen des Wandeffekts beim Fließen von Schmierfetten unterschiedlichen Ursprungs mitgeteilt. Dabei wird gezeigt, daß der Wandeffekt die Fließkurven in glatten Kapillaren wesentlich beeinflußt, besonders bei niedrigen Schergeschwindigkeiten. Die Größe dieses Effekts wird in Abhängigkeit vom Kapillarradius und der Schubspannung an der Kapillarwand ermittelt. Experimentell wird nachgewiesen, daß bei Verwendung gerillter Oberflächen der Wandeffekt vollkommen verschwindet.Die Eigenschaften der Wandschicht werden unter Zugrundelegung der Vorstellungen von der Aktivierungsnatur der Prozesse des viskosen Fließens der Dispersionssysteme beurteilt. Aus der Veränderung der freien Aktivierungsenergie in der Wandschicht und im Volumen werden die Parameter der Wandschicht ermittelt: Dicke, Konzentration der Dispersionsphase und Viskositätskennlinie. Aufgrund dieser Kennwerte wird der Mechanismus der Bildung und der Entwicklung der Strömung in der Wandschicht erörtert.Es wird gezeigt, daß eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment besteht.

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With 10 figures and 1 table     

Experimental verification of some up-to-date concepts of mild carbon steel corrosion under boiler feedwater conditions

The results of systematic rig investigations of corrosion of carbon steel and iron in boiler feedwater have been presented. The chemical mechanism of corrosion at least at the initial period of contact between the metal and the deionised water flow at 150°C has been shown to be predominant. The dissolved oxygen has been proved to participate in the corrosion processes, reducing the rate of chemical corrosion at high concentrations. The anodic polarization and open-circuit potential decay curves for iron electrodes in sodium molybdate solutions have been used to reveal the anodic current maxima at Flade potentials derived from the Franck equation.

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Experimentelle Prüfung von modernen Konzepten, die Korrosionserscheinungen für Kohlenstoffstahl im Kesselspeisewasser umfassen

Zusammenfassung Es wurden die Ergebnisse der regelmäßigen Standsuntersuchungen von Korrosionserscheinungen für Kohlenstoffstahl und Eisen im Kesselspeisewasser betrachtet. Die chemische Korrosion überwog der elektrochemischen Korrosion, wenigstens im Anfang des Kontaktes zwischen Metall und entgastem, salzfreiem Wasser bei der Temperatur von 150°C. Der im Wasser gelöste Sauerstoff nimmt unmittelbar an den Korrosionsvorgängen teil. Die Erhöhung seiner Konzentration senkt die Geschwindigkeit der chemischen Korrosion. Durch anodische Potentialstromkurven und Abfall des Potentials bei der Polarisationsstromunterbrechung wurden die Untersuchungen der Eisenelektrode in Natriumolybdat-Lösungen durchgeführt. Es wurde das Maximum des Anodenstroms für Fladepotentiale ermittelt, die mit der Franck-Gleichung berechnet werden.

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Dedicated to Prof. Dr.-Ing. F. Mayinger's 60th birthday