Expanding the Frequency Range and Material Applicability of Piezoelectric Shear Rheometry: An investigation of the shear mechanical response of polymers and glass-forming liquids

Mathias Mikkelsen

Publikation: Bog/antologi/afhandling/rapportPh.d.-afhandling

Abstract

Denne afhandling beskriver udviklingen, valideringen og brugen af et piezoelektrisk højfrekvens-rheometer til måling af forskydningsmodul på gummi og seje væsker. Rheometret er en videreudvikling af et tidligere udviklet apparat, kaldet piezoelectric shear gauge (PSG), som gennem de seneste årtier har været i brug i grundforskningen på Roskilde Universitets afdeling for seje væskers fysik.
I dette projekt har vi forbedret dataanalysen ud fra en ny algoritme til invertering af rådata som gør det muligt at bestemme forskydningsmodulet ved højere frekvenser end nogensinde før, udviklet en version af PSG’en som rutinemæssigt og pålideligt kan benyttes til målinger på gummi, samt måleprotokoller og metoder til disse målinger, og valideret disse nyskabelser ud fra sammenlignin-
ger med tidligere metoder og apparater. Det er derfor nu muligt at benytte PSG’en til måling af forskydningsmoduler mellem 1 MPa og 10 GPa ved frekvenser helt op til 80 kHz. Dette har vi udnyttet til studier af den mekaniske dynamik i phenylalkoholer. Disse studier viser tegn på polymerlignende strukturer som dannes ved hydrogenbindinger mellem de enkelte alkoholmolekyler. Desuden viser de en generisk form på den mekaniske α-relaksation og en stærk sammen-
hæng mellem de karakteristiske tider for de dielektriske og forskydningsmekaniske relaksationer.
Nye, simplere opbyggede, versioner af PSG’en er blevet udviklet og valideret ved sammenligning med tidligere versioner. En sådan simplere version er taget i brug til målinger på kulstoffyldt, vulkaniseret naturgummi. Resultaterne af disse bredspektrede målinger udfordrer den udbredte antagelse om et simpelt sammenfald mellem tids- og temperaturafhængigheden af den mekaniske relaksation; desuden viser de begrænsningerne ved at benytte Williams-Landel-Ferry-ligningen til at kombinere flere smalspektrede målinger som erstatning for bredspektret data.
OriginalsprogEngelsk
UdgivelsesstedRoskilde
ForlagRoskilde Universitet
Antal sider110
ISBN (Trykt)978-87-7209-521-9
StatusUdgivet - 1 maj 2023

Bibliografisk note

Vejledere: Tina Hecksher & Tage Christensen
Jorge Lacayo-Pineda & Ali Karimi Continental

Citer dette