任意波形電場刺激によりエレクトロレオロジー流体の過渡応答と粒子凝集モデルの検討

使用任意波形电场刺激研究电流变流体的瞬态响应和颗粒聚集模型

• 批准号: 06750928
• 负责人: 田中 克史
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1994
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1994 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06750928/
• 关键词: エレクトロレオロジー; 過渡応答; 電場応答; 応答時間; 計測; スケーリング; 分散系; イオン交換樹脂

1.粒子分散系エレクトロレオロジー(ER)流体における電場下での粒子の凝集は、誘電体粒子対の双極子-双極子相互作用に基づく考えでは、粒子を凝集させる電気的な引力及びこの凝集を妨げるせん断力との競合で生ずると考えられる。しかし、粒子の凝集過程を反映すると考えられるER効果の電場応答時間のせん断速度依存性は、上に記したモデルからの予測とは逆の依存性を示すことを報告している。本研究では、粒子分散系ER流体の任意波形電場刺激に対する応力の過渡応答をさらに計測して、得られた電場応答時間のスケーリング挙動を調べることによって、粒子の凝集モデルを検討した。主な研究成果を、以下に示す。2.試料流体として、強酸性イオン交換樹脂をシリコーンオイル(η=0.02,0.3Pa・s)に30wt%で分散させた系を用いた。一定せん断速度(γ<5 s^<-1>)で変形する試料流体に任意波形(階段状、または正弦波)電場を印加し、電場印加後の応力の過渡応答を平行板型粘度計によって計測した。(本報告では、階段状電場の結果を示す。)電場の印加は、信号発信器から出力された電圧波形を、高出力増幅器によって十分な広帯域で増幅して行った。3.一段の階段状電場刺激に対する応力の応答は、3つのモードによる指数関数型の応答で良好に表現できた。また、電場強度及びせん断速度を変えて測定した各モードの応答時間τi(i=0-2)とせん断速度の積をMason数(Mn=ηγ/2ε_cε_0β^2E^2)に対してプロットした結果、γτiはMnによって良好にスケールされる結果が得られた。ここで、β=(ε_p-ε_c)/(ε_p+2ε_c)であり、ε_c及びε_pは、それぞれ分散媒及び分散粒子の比誘電率、ε_0は真空の誘電率、Eは電場強度である。多数の粒子対を考慮した動力学シミュレーションの結果、応答時間はMnのみならずγ^<-1>に依存することが示唆されており、本実験結果と定性的には矛盾しないことが明らかとなった。

1. Particle dispersion エ レ ク ト ロ レ オ ロ ジ ー (ER) fluid に お け る under electric field で の particle の agglutination は, induced electric particle の seaborne dipole dipole interaction - に base づ く exam え で は, particle を agglutination さ せ る electric 気 な gravity and び こ の agglutination を hinder げ る せ ん breaking capacity と の co-opetition で raw ず る と exam え ら れ る. の し か し, particle agglutination process を reflect す る と exam え ら れ る ER unseen fruit 応 の electric field answer time の せ ん speed dependence on に は, remember し た モ デ ル か ら の be と は inverse の dependency を shown す こ と を report し て い る. This study で は, particle dispersion ER fluid の arbitrary waveform electric stimulation に す seaborne る 応 force の transition 応 answer を さ ら に measuring し て, ら れ た electric field 応 answer time の ス ケ ー リ ン グ 挙 motion を べ る こ と に よ っ て, particle の agglutination モ デ ル を beg し 検 た. The main な research results を and the following に show す. 2. Sample fluid と し て, strongly acidic イ オ ン exchange resin を シ リ コ ー ン オ イ ル (eta = 0.02, 0.3 Pa · s) 30 wt % で に scattered さ せ を た department with い た. A certain せ ん speed (gamma < 5 s ^ < - > 1) で す - shape る sample fluid に arbitrary waveform (stage, ま た は sine wave) after the Inca の を Inca し electric field, electric field force 応 の transition 応 answer を type parallel plate viscometer に よ っ て measuring し た. (The report で で and the stage electric field <s:1> results を show す.) Electric field の Inca は, signal 発 letter か ら output さ れ た electric 圧 waveform を, higher power rights of に よ っ て very な hiroo 帯 domain で rights of し て line っ た. 3. A の phase of electric field stimulus に す seaborne る 応 force の 応 answer は, 3 つ の モ ー ド に よ る type index number of masato の 応 answer で に good performance で き た. ま た, electric field intensity and び せ ん speed を - え て determination し た each モ ー ド の 応 tau a time I (I = 0 to 2) と せ ん speed の product を Mason number (Mn = eta gamma / 2 epsilon _c epsilon _0 beta 2 e ^ ^ 2) に し seaborne て プ ロ ッ ト し た results, gamma tau I は Mn に よ っ て good に ス ケ ー ル さ れ る results ら が れ た. こ こ で, beta = (epsilon _p - epsilon _c)/(epsilon _p + 2 epsilon _c) で あ り, epsilon _c and び epsilon _p は, そ れ ぞ れ disperse medium and び の dispersed particles than induced electric rate, epsilon _0 は vacuum の induced electricity rate, E は field intensity で あ る. Most の particle を seaborne consider し た dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results, 応 answer time は Mn の み な ら ず gamma ^ < 1 > に dependent す る こ と が in stopping さ れ て お り, this be 験 results と qualitative に は contradiction し な い こ と が Ming ら か と な っ た.

项目成果

K.Tanaka: "Dynamic Measurement of ER Fluids by Coaxially Oscillating Rheometer" Proc.of The Pacific Conf.on Rheology and Polym.Process. (Kyoto). 62-63 (1994)

K.Tanaka：“通过同轴振荡流变仪动态测量 ER 流体”Proc.of The Pacific Conf.on Rheology and Polym.Process。

N.Kuramoto: "Electroheological properties of a polyaniline-coated silica suspension" Thin Solid Films. 239. 169-171 (1994)

N.Kuramoto：“聚苯胺涂覆的二氧化硅悬浮液的电流变特性”固体薄膜。

K.Tanaka: "Flow Behavior of Lyotropic Liquid Crystalline Polymers under Electric Fields" Proc.of Int.Sympo.on Fiber Sci.Technol. (Yokohama). 36-36 (1994)

K.Tanaka：“电场下溶致液晶聚合物的流动行为”Proc.of Int.Sympo.on Fiber Sci.Technol。

K.Koyama: ""Electrorheological Fluids-Mechanisms,Properties,Technology,and Applications"(分担)" World Scientific,Singapore, 678 (1994)

K. Koyama：“电流变流体 - 机理、特性、技术和应用”（分享）” World Scientific，新加坡，678 (1994)

K.Koyama: "Yield Process of Electrorheological Fluid with Polyaniline Particles" Mod.Phys.Lett.B. 8. 1563-1575 (1994)

K.Koyama：“含有聚苯胺颗粒的电流变流体的屈服过程”Mod.Phys.Lett.B。