ISSN:
1435-1528
Keywords:
Glass bead suspension
;
glass fibre suspension
;
viscoelastic suspending medium
;
shear viscosity
;
first normal-stress difference
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
,
Physics
Description / Table of Contents:
Summary The shear flow behaviour of glass bead and glass fibre suspensions was investigated. A Newtonian mineral oil and polyisobutene solutions with varying degrees of elasticity were used as suspending media. The aim was to determine the influence of the elasticity of the suspending medium on the rheological properties of the suspensions. The viscosities of the suspensions in mineral oil were found to be enhanced when the particle concentration was increased or the shape of the particles was made more anisotropic. The viscosities of the glass bead suspensions were always independent of shear rate, whereas the glass fibre suspensions showed shear thinning even at rather low concentrations, provided that the ratio of fibre length to fibre diameter was high. The fibre suspensions in mineral oil displayed pronounced first normal-stress differences in a cone-and-plate rheometer. However, these normal-stress differences did not result from elastic properties of these suspensions but rather from the orientation behaviour of the fibres. In viscoelastic polyisobutene solutions the glass bead suspensions showed constant relative viscosities, when these were defined as the ratio of the viscosities of the suspensions to those of the suspending medium at the same shear stress. Furthermore, the relative viscosities were the same as those obtained for equivalent suspensions of glass beads in mineral oil. The normal-stress behaviour of the viscoelastic glass bead suspensions indicated that the elastic properties were weakened as the filler concentration was increased. For the suspensions in dilute polyisobutene solutions this reduction was to some extent masked by shear hardening. For concentrated polyisobutene solutions containing glass fibres, the relative viscosities were not constant even for very low fibre concentrations. At low shear stresses they agreed with those for corresponding suspensions in mineral oil but decreased as the shear stress was raised. Adding fibres to the polyisobutene solutions always resulted in an increase in the first normal-stress difference. This increase was however smaller than for fibre suspensions in mineral oil and moreover diminished at higher shear rates. These phenomena could be explained in terms of the influence of the elastic properties of the suspending medium on the orientation behaviour of the fibres.
Notes:
Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Fließverhalten von Glaskugel- und Glasfasersuspensionen in der Scherströmung. Dabei wird insbesondere der Einfluß der Elastizität des Suspensionsmittels auf die rheologischen Eigenschaften der Suspensionen untersucht, indem zum einen ein newtonsches Mineralöl, zum anderen verschieden konzentrierte Polyisobutenlösungen als Trägermedien eingesetzt werden, die sich hinsichtlich ihres viskosen und elastischen Verhaltens in charakteristischer Weise unterscheiden. Für Glaskugel- und Glasfasersuspensionen in Mineralöl werden mit der Feststoffkonzentration sowie der Formanisotropie der suspendierten Partikel ansteigende Viskositäten ermittelt. Während sich bei Glaskugelsuspensionen durchweg von der Scherbeanspruchung unabhängige Viskositäten ergeben, zeigen die Glasfasersuspensionen bei höheren Feststoffgehalten und größeren Längen-zu-Durchmesser-Verhältnissen der Fasern in zunehmendem Maße Scherentzähung. Für die Glasfasersuspensionen mit newtonschen Trägermedien werden in der Kegel-Platte-Strömung ausgeprägte erste Normalspannungsdifferenzen beobachtet, die aber nicht eine Auswirkung elastischer Eigenschaften darstellen, sondern deren Ursache im Orientierungsverhalten der Glasfasern zu suchen ist. Glaskugelsuspensionen in viskoelastischen Polyisobutenlösungen weisen konstante relative Viskositäten auf, wenn diese als Verhältnis der Viskositäten der Suspensionen und der Suspensionsmittel bei gleicher Schubspannung definiert werden. Die so erhaltenen Werte der relativen Viskositäten stimmen mit denen gleichkonzentrierter Suspensionen in Mineralöl überein. Im Normalspannungsverhalten zeigt sich eine durch den Füllstoff verursachte Reduzierung der elastischen Eigenschaften, die jedoch bei den Suspensionen in verdünnten Polyisobutenlösungen durch ein verändertes Verfestigungsverhalten zum Teil überdeckt wird. Bei Glasfasersuspensionen in konzentrierten Polyisobutenlösungen ergeben sich mit der Schubspannung abnehmende relative Viskositäten, wobei die für geringe Beanspruchungen ermittelten Werte mit denen entsprechender Suspensionen in Mineralöl übereinstimmen. Für die viskoelastischen Glasfasersuspensionen wird durchweg eine Erhöhung der ersten Normalspannungsdifferenz durch die Fasern festgestellt. Allerdings fällt diese Erhöhung geringer aus als bei den Suspensionen in Mineralöl und nimmt darüber hinaus mit wachsender Beanspruchung ab. Diese Phänomene lassen sich mit Einflüssen der elastischen Eigenschaften des Suspensionsmittels auf das Orientierungsverhalten der Glasfasern erklären.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01332132
Permalink
