Untersuchung des dielektrischen Verhaltens polymerbasierter elektrorheologischer Flüssigkeiten
Auf dem Forschungsgebiet der elektrorheologischen Fluide wurden verstärkt Modelle auf der Basis statischer Systeme entwickelt. In diesen Modellen wird angenommen, dass die Par-tikel der ER-Suspension Ketten von einer Elektrode zur anderen ausbilden. Über die elektro-statische Wechselwirkung der Part...
| Main Author: | |
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| Format: | Doctoral Thesis |
| Language: | deu |
| Published: |
2008
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| Subjects: | |
| Online Access: | https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/2993 http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36597 https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-36597 https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/files/2993/Kallweit.pdf |
| Summary: | Auf dem Forschungsgebiet der elektrorheologischen Fluide wurden verstärkt Modelle auf der Basis statischer Systeme entwickelt. In diesen Modellen wird angenommen, dass die Par-tikel der ER-Suspension Ketten von einer Elektrode zur anderen ausbilden. Über die elektro-statische Wechselwirkung der Partikel untereinander in Verbindung mit dem nicht-ohmschen Verhalten des Trägeröls wurde dabei auf die Schubspannung und die Stromdich-te der ERF geschlossen. Diese Vorhersagen waren aufgrund der Vernachlässigung der Dy-namik nur bedingt aussagefähig. In experimentellen Untersuchungen der Schubspannung und Stromdichte wurden die Abhängigkeiten von Scherrate, Feldstärke und Spaltgeometrie näher betrachtet. Für ein besseres Verständnis der ER-Eigenschaften wurden zudem die-lektrische Messungen (Impedanzmessungen) durchgeführt. Als Ergebnis dieser Messungen wurde eine dielektrische Aktivität der ERF im Frequenzbereich von 102 Hz bis 105 Hz für einen hohen ER-Effekt ermittelt. Der Realteil der Permittivität führt in diesem Frequenz-fenster einen großen Sprung durch – dies ist äquivalent mit einem großen Imaginärteil der Permittivität (dielektrischer Verlust ) oder einem großen tan . In dieser Arbeit wurde für die Untersuchungen eine ERF mit Silikonöl als Trägermedium und salzdotiertes Polyurethan als Partikelmaterial verwendet. Im ersten Teil der Arbeit steht die Identifikation der auftretenden Relaxationen – ermittelt durch die dielektrische Spektro-skopie – im Vordergrund. Dabei konnte eine Relaxation aufgrund der Salzdotierung, eine durch Kohlendioxid und Wasser und eine aufgrund des Polyurethans der Partikel nachge-wiesen werden. Da die Dotiersalzrelaxation den größten Beitrag des ER-Effektes verursacht, wurde diese im Rahmen der vorliegenden Arbeit näher betrachtet. Sowohl Lage als auch Stärke der Relaxa-tion lassen sich durch die Partikelkonzentration, den Salzgehalt, die Salzart und durch eine Modifikation der Polymermatrix variieren. In Übereinstimmung mit Messungen am Rheo-meter lassen sich daraus die gewünschten Eigenschaften, im Besonderen das Temperatur-verhalten und die Stärke der ERF, einstellen. Im Weiteren wurde aus den gewonnenen Ergebnissen der dielektrischen Spektroskopie in Verbindung mit rheologischen Messungen ein Schema entwickelt, mit dem es möglich ist, aus der Lage und der Stärke der Salzrelaxation im Vergleich mit bekannten ERF auf die Schubspannung und die Stromdichte zu schließen. Somit ist zum ersten Mal eine Qualitäts-kontrolle aufgrund der Basiseigenschaften der ERF möglich. Im letzten Teil dieser Arbeit wurden die Unterschiede der Messungen in Scher- bzw. Fließ-modus und deren Ursachen beleuchtet. Hierbei konnte aufgezeigt werden, dass die Rotation der Partikel aufgrund der Scherbelastung in Kombination mit dem Strömungsprofil für die unterschiedlichen Messergebnisse verantwortlich ist. Die Unterschiede sind so groß, dass sich kein konstanter Faktor ermitteln lässt, um beide Messmodi miteinander zu vergleichen. Somit muss eine ERF immer in dem Modus charakterisiert werden, der der späteren Belas-tungsart entspricht, um so die korrekten Wert für die Schubspannung und die Stromdichte ermitteln zu können. === In the research of modelling electrorheological fludis, focus was on developing models based on static systems. In these models the particles of the ERF-Suspension build chains from one electrode to another due to the electric field. The particles interact with each other, because of electrostatic forces and in combination with the non-ohmic behavior of the oil it is possible to calculate shear stress and current density. These forecasts did not have enough accuracy be-cause of the neglect of fluid dynamics. In experiments dependence of shear stress and cur-rent density of shear rate, electrical fieldstrength and gap geometry were researched. For a better understanding of the ER-effect, some dielectric measurements have been done. As a result of these measurements a high shear stress in a frequency range of 102 Hz to 105 Hz was shown. Also the real part of the permittivity has a big step in this frequency range for a high shear stress – equivalent with a big imaginary part of the permittivity (dielectric loss) or a big . In this theses, a silicone oil based ERF with salt-doped PUR-particles was used. In the first chapter the identification of the observed relaxations of the dielectric measurement was done. Thereby the relaxations by doping salt, of carbon dioxide and water and of the PUR of the particles could be observed. The ER-effect ist dominated by the relaxation caused by the doping salt. Therefore this re-laxation was researched in a wide range. Both, position and strength of this relaxation have been varied by particle concentration, range of salt, kind of salt and modification of the polymer matrix. In comparisen with rheological measurements it is possible to identify spe-cial characteristics like temperature behavior and the strength of shear stress. Furthermore, with a combination of rheological and dielectric measurements a schematic was developed to predict the shear stress and current density on their dependency of posi-tion and strength of the salt relaxation. Therefore it is possible for the first time to make a quality control of an ERF without a rheological measurement. In the last chapter of the theses the difference between two kinds of measurement modes – shear and flow mode – was researched. It was shown, that differences are caused by the rota-tion of particles because of the shear stress in combination with the flow profile. The differ-ences are so big, that it is not possible to identify a constant factor to correlate the results. An ERF has to be measured in the same measurement mode like the ERF which is used later on in order to get the correct values of shear stress and current density |
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