伸張粘度測定用オプティカル・レオメータの開発

• Project/Area Number: 09750186
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Fluid engineering
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 高橋 勉 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (20216732)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 1998: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1997: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 平面伸張流動 / 伸張粘度 / 複屈折 / 界面活性剤 / オプティカル・レオメータ / スタートアップ流れ / 界面活性剤水溶液 / 粘弾性流体

Research Abstract

低粘度粘弾性流体の伸張粘度を測定する有効な方法として、流動服屈折性を利用して伸張応力を測定する方法がある。これは流れにより配向する分子鎖の状態を屈折率の変化として捉え、光弾性則により伸張応力を求めるものである。従来は4-wheelミルや対向噴流型の流路を用いて定常状態における伸張粘度を測定した。本研究課題では高速変調されたレーザ光を用いて実時間で複屈折の値を計測できるオプティカル・アナライザーを用いて、低粘度粘弾性流体の動的な伸張粘度や過渡的な状態における伸張挙動を明らかにすることのできる伸張粘度測定用オプティカル・レオメータを開発した。
伸張流動のスタートアップ状態における応力の発達状態を調べるために、平行平板流路による平面スクイズ流れを使用した。スクイズ流れはスタートアップ時の試料の慣性効果が小さく、瞬時に所定の伸張速度を作り出せる利点がある。平行平板の中間面の中心位置では平板の移動によらず試料は純粋に変形のみを行うので、この位置を通りよどみ線方向に透過するレーザー光線を用いて複屈折測定を行う装置を開発した。性能検証試験を行う試料として粘弾性を示す2種類の界面活性剤水溶液(CTAB/NaSal、CPyCl/NaSal)を使用し、平面伸張流れの中心位置における複屈折の挙動を明らかにした。更に、単純せん断流れにおいて光学的に測定されたせん断粘度、機械式レオメータにより測定されたせん断粘度と本装置により得られた伸張粘度を比較した。平面伸張流動における伸張粘度はせん断粘度の4倍となるはずであるが、結果は伸張粘度がかなり大きな値として測定されたことが明らかとなった。これは流路内の流れ場が計算から求まる理想的な状態ではなく、複雑な速度分布をしているためと考えられ、この解明が今後の課題として残された。