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Joe Flow 07 - Oszillationsmessungen

Oszillationsmessungen werden heutzutage häufig zur rheologischen Charakterisierung der unterschiedlichsten Materialien eingesetzt. Dadurch lassen sich die Strukturen von viskoelastischen Proben besonders gut charakterisieren.

Wie wird in Oszillation gemessen und welche Größen messe ich?

Bei Oszillationsmessungen bewegt sich das Messsystem mit einer vorgegebenen Frequenz und Amplitude hin und her. Der Vorteil dieser Art zu messen ist, dass die Probe normalerweise nur minimal deformiert wird und somit auch steife und feste Proben gemessen werden können. Eine Oszillationsmessung kann man sich wie in Abb. 1 vorstellen: Die untere Messplatte steht still, während die obere Messplatte hin- und herbewegt wird. Im Modell geschieht dies über eine Verbindung zwischen Antriebsrad und oberer Messplatte in Form einer exzentrisch montierten Schubstange.

Bei 90° und bei 270° Auslenkung erreicht die obere Messplatte jeweils die maximale Amplitude. Die benötigte Kraft, um die obere Platte zu bewegen, ist die Schubspannung τ. Aus der Auslenkungsstrecke und dem Spaltabstand lässt sich die Deformation γ berechnen.

Grundsätzlich können Versuche in Oszillation mit zwei verschiedenen Versuchsvorgaben gemessen werden.

  • Zum einen kann das Drehmoment und somit die Schubspannung vorgegeben und geregelt werden. Hierbei handelt es sich um einen so genannten CSS-(Controlled Shear Stress)-Versuch, bei dem die resultierende Auslenkung und damit die Deformation gemessen wird.
  • Bei einem CSD-(Controlled Shear Deformation)-Versuch wird ein definierter Auslenkwinkel und somit die Deformation vorgegeben und geregelt und das dafür benötigte Drehmoment und damit die Schubspannung gemessen.

Die meisten Oszillationsversuche werden mit Vorgabe der Deformation durchgeführt. Aus der Deformationsvorgabe und der zeitverzögerten Schubspannungsantwort werden die beiden Größen Speichermodul G’ und Verlustmodul G’’ berechnet. Der Speichermodul G’ ist ein Maß für die im System gespeicherte Deformationsenergie. Er gibt den Festkörpercharakter, in der Rheometrie sagt man dazu elastischen Anteil, der Probe wieder. Der Verlustmodul G’’ ist ein Maß für die verlorene Deformationsenergie und charakterisiert somit den flüssigen, also viskosen Anteil der Probe. Diese Größen werden bei Oszillationsversuchen am häufigsten zur Charakterisierung der Proben verwendet.

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