伸張粘度測定用オプティカル・レオメータの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750186
• 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)
• Keywords: 伸張粘度 / オプティカル・レオメータ / 界面活性剤水溶液 / 粘弾性流体 / 複屈折

Research Abstract

本研究では低粘度の高分子流体、粘弾性流体の伸張粘度を測定するためのオプティカル・レオメータの開発を行っている。本年度では、定常な伸張流動を発生させるためのフローセルおよび駆動装置の製作、駆動装置を制御するためのコンピュータプログラムの開発、光学測定装置と連携して実験を行うためのシステムの開発を行った。
平行円板型のフローセルを製作し、駆動装置および制御プログラムが出来上がった段階で動作テストを行った。フローセルは予定通りの動作をすることが確認できたが、試料として強い粘弾性を示す界面活性剤水溶液を用いて二円板間に液柱を発生させ、CCDカメラにより形状を測定したところ予想よりも定常流動状態を維持する時間が短いことが判明した。これは重力の影響が強く現れたためと思われる。さらに、液柱の発生位置が実験ごとに微妙にずれることも明らかとなった。これは、後に光学特性を測定する際に大きな障害となりうる。そこで新たに平面スクイーズ流れを利用して定常伸張流動を引き起こす方法の開発を行った。これははじめに予定していた平板間の試料を引き伸ばす流れとは逆に、平板間隔を時間とともに狭くしていく方法である。平面スクイーズ流れ用のフローセルを開発するとともに、制御プログラムもスクイーズ流れ用に書き直した。
装置完成後、再び界面活性剤水溶液を用いて予備実験を行った。まず、試料内にトレーサー粒子を混入し、可視化によりスクイーズ流れが計算どおり発生させられることを確認した。光学的特性を測定した結果、定常な伸張流動状態が予定通り発生し、複屈折と配向角を測定することができた。使用した試料のような低粘度粘弾性流体のステップ関数的な流れ場における複屈折の変化を測定できた例は報告させておらず、大きな成果であると考えられる。次年度には、実験結果に及ぼすセルの幾何学的形状の影響を調べ、複屈折変化をもとに伸張粘度を測定し、その検証を行う予定である。