Приборы с плоскопараллельным смещением пластин

Приборы с плоскопараллельным смещением пластин служат для измерения сдвиговых характеристик в области небольшого разрушения структуры материала при малых величинах деформаций. Приборы различных конструкций для исследования реологических свойств (вязкости, упругости, периода релаксации и т.п.) были предложены П.А. Ребиндером, Д.М. Толстым, Б.А. Николаевым.

Метод тангенциального смещения пластин позволяет находить не только предельное напряжение сдвига, но и модули упругости, эффективную вязкость, изучать процесс релаксации, а также снимать полные деформационные кривые течения при разных скоростях деформации. Приборы, основанные на этом методе, обладают большой чувствительностью и применимы для исследования свойств в большом диапазоне – от слабоструктурированных золей и суспензий до твердообразных систем с высокопрочной структурой.

В приборах плоскопараллельный зазор может быть расположен вертикально, горизонтально или наклонно. На рис. 11 изображен прибор С.Я. Вейлера и П.А. Ребиндера с вертикальным расположением зазора. Кювета 2 с исследуемым веществом установлена неподвижно, в нее помещается пластинка 1, приводимая в движение грузом 5. Между пластиной и нитью установлена микрошкала 4, по которой с помощью микроскопа 3 измеряют деформацию. Время отсчитывают по секундомеру.

Напряжение сдвига τ вычисляют по деформации пружины, соответствующей этой деформации нагрузке F и по площади боковых поверхностей пластины:

τ = F / (2A). (15)

Предельное напряжение сдвига θ₀ определяют по наибольшей нагрузке F_max, при которой происходит сдвиг пластин:

τ₀ = F_max / (2A). (16)

Пластометр с горизонтально расположенными пластинами Д.М. Толстого (рис.11) служит для нахождения констант упруго-пластично-вязких свойств масс с практически неразрушенными структурами.

Модуль быстрой эластической деформации сдвига G₁, модуль мгновенной эластической деформации G₂, наибольшую пластическую вязкость определяют по формулам:

; (17)

где: τ – напряжение сдвига, Па;h – толщина слоя продукта, м;

Δh₀ – начальная (условно-мгновенная) деформация, м;

Δh_m – эластическая деформация, м.

Также вычисляют условное статическое предельное напряжение сдвига τ_0ст по формуле (13).

Основными деталями пластометра (рис. 12) являются пластины 5, между которыми помещается образец продукта 6. Плоскости пластин имеют рифление, направленное в сторону, противоположную направлению усилий, деформирующих продукт.

Приборы этого типа имеют ряд существенных недостатков, серьезно ограничивающих их применение. К недостаткам можно отнести: сложность конструкции; низкое быстродействие; необходимость проведения предварительных расчетов величины зазора для конкретного материала, что значительно ограничивает применимость таких приборов для пищевой промышленности, т.к. пищевые материалы, как правило, изменяют свои реологические свойства в зависимости от многих технологических, физических и химических факторов; сложность удаления частиц исследуемого материала из рабочего зазора, а также трудности обеспечения заданной температуры.

Указанные недостатки значительно ограничивают область применения приборов этого класса. Также их применение ограничивается отсутствием серийного изготовления.