DIN 51480-1-2011 Electrorheological suspensions - Requirements testing and application - Part 1 Basics and field strength independent properties《电流变悬浮液 要求 试验和应用 第1部分 基础和电场强度独立性能》.pdf

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1、April 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Materialprfung (NMP) im DINFachausschuss Minerall- und Brennstoffnormung (FAM) des NMPPreisgruppe 9DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin,

2、 gestattet.ICS 75.100!$m|V“1748951www.din.deDDIN 51480-1Elektrorheologische Suspensionen Anforderungen, Prfung und Anwendung Teil 1: Grundlagen und feldstrkeunabhngige EigenschaftenElectrorheological suspensions Requirements, testing and application Part 1: Basics and field strength independent prop

3、ertiesSuspensions electrorhologiques Exigences, mthodes dessai et applications Partie 1: Fondements et proprits indpendantes de lintensit du champAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 14 SeitenDIN 51480-1:2011-04 Inhalt Seite Vorwort . 3 1 Anwendungs

4、bereich 4 2 Normative Verweisungen. 4 3 Grundlagen und Eigenschaften 4 3.1 Allgemeines. 4 3.2 Dynamische Basisviskositt . 5 3.3 Mittlere Partikelgre und Partikelgrenverteilung 5 3.4 Elektrische Durchschlagfestigkeit 5 3.5 Dichte . 5 3.6 Feststoffanteil . 5 3.7 Elektrorheologische Fliegrenze 6 3.8 El

5、ektrorheologische Schubspannung 6 3.9 Elektrorheologisches Bingham-Modell 6 3.10 Sedimentation . 6 3.11 Redispergierbarkeit 7 3.12 Ansprechverhalten auf nderungen der elektrischen Feldstrke. 7 3.13 Stromdichte . 7 3.14 Wasseraufnahme und Wassergehalt 7 3.15 Pourpoint . 7 3.16 Flammpunkt. 7 3.17 Zndp

6、unkt . 7 3.18 Volumenausdehnungskoeffizient . 7 3.19 Kompressionsmodul 8 3.20 Alterungsbestndigkeit 8 4 Bestimmung feldstrkeunabhngiger Eigenschaften 8 4.1 Probenvorbereitung 8 4.2 Bestimmung der dynamischen Basisviskositt 8 4.2.1 Bestimmung der dynamischen Basisviskositt in Abhngigkeit von der Sche

7、rgeschwindigkeit 8 4.2.2 Bestimmung der dynamischen Basisviskositt in Abhngigkeit von der Temperatur. 9 4.3 Bestimmung der mittleren Partikelgre und Partikelgrenverteilung 9 4.4 Bestimmung der Dichte der ER-Suspension . 9 4.5 Bestimmung des relativen Feststoffanteils und der Feststoffdichte 10 4.5.1

8、 Bestimmung der Feststoffdichte. 10 4.5.2 Bestimmung des Feststoffanteils . 10 4.6 Bestimmung der Sedimentation 11 4.6.1 Allgemeines. 11 4.6.2 Messgefe . 11 4.6.3 Vorbereitung der Sedimentproben . 11 4.6.4 Sedimentationsanalyse 11 4.7 Bestimmung der Redispergierbarkeit 12 Literaturhinweise . 14 2 DI

9、N 51480-1:2011-04 Vorwort Dieses Dokument wurde vom NA 062-06-51 AA Anforderungen an Schmierle und sonstige le“ im Fachausschuss Minerall- und Brennstoffnormung (FAM) des Normenausschusses Materialprfung (NMP) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Pat

10、entrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. 3 DIN 51480-1:2011-04 1 Anwendungsbereich Dieses Dokument legt Grundlagen, Begriffe und Bestimmungen von Materialeigenschaften fest, welche wesentliche Me

11、rkmale elektrorheologischer Fluide auf Basis von Suspensionen beschreiben. Werden Materialkennwerte auf Basis bereits vorliegender Normen ermittelt, erfolgt deren Angabe ebenfalls in diesem Dokument. Die Bestimmung feldstrkeabhngiger Eigenschaften erfolgt in weiteren Teilnormen. ANMERKUNG 1 Im tglic

12、hen Sprachgebrauch werden elektrorheologische Suspensionen auch abgekrzt als ER-Supension“ oder ERF“ bezeichnet. ANMERKUNG 2 Fr den Zweck dieser Norm werden die Symbole % (V/V) bzw. % (m/m) verwendet, um Volumenanteile in % bzw. Massenanteile in % auszudrcken. 2 Normative Verweisungen Die folgenden

13、zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN 12791-3, Laborgerte aus Glas Dichte

14、-Arometer Gebrauch und Prfung DIN 51755, Prfung von Minerallen und anderen brennbaren Flssigkeiten Bestimmung des Flamm-punktes im geschlossenen Tiegel, nach Abel-Pensky DIN 51757, Prfung von Minerallen und verwandten Stoffen Bestimmung der Dichte DIN 51794, Prfung von Minerallkohlenwasserstoffen Be

15、stimmung der Zndtemperatur DIN 53017, Viskosimetrie Bestimmung des Temperaturkoeffizienten der Viskositt von Flssigkeiten DIN EN 725-5, Hochleistungskeramik Prfverfahren fr keramische Pulver Teil 5: Bestimmung der Teil-chengrenverteilung DIN EN ISO 3838:2004-09, Rohl und flssige oder feste Mineralle

16、rzeugnisse Bestimmung der Dichte oder der relativen Dichte Verfahren mittels Pyknometer mit Kapillarstopfen und Bikapillar-Pyknometer mit Skale (ISO 3838:2004); Deutsche Fassung EN ISO 3838:2004 DIN EN ISO 4788, Laborgerte aus Glas Messzylinder und Mischzylinder DIN EN ISO 12937, Minerallerzeugnisse

17、 Bestimmung des Wassergehaltes Coulometrische Titration nach Karl Fischer DIN EN ISO 13736, Bestimmung des Flammpunktes Verfahren mit geschlossenen Tiegel nach Abel DIN ISO 3016, Minerallerzeugnisse Bestimmung des Pourpoints 3 Grundlagen und Eigenschaften 3.1 Allgemeines Elektrorheologische Suspensi

18、onen nach diesem Dokument setzen sich aus einem Trgerl, elektrisch polarisierbaren Partikeln und weiteren Additiven zusammen. Werden diese Flssigkeiten einem elektrischen Feld ausgesetzt, tritt eine reversible nderung des Flieverhaltens auf. 4 DIN 51480-1:2011-04 3.2 Dynamische Basisviskositt Die dy

19、namische Basisviskositt einer ER-Suspension ist gleich dem Quotienten aus der Schubspannung und dem Geschwindigkeitsgeflle unter der Bedingung, dass kein elektrisches Feld anliegt. Fr newtonsche Flssigkeiten ist die Viskositt eine Stoffkonstante und nur abhngig von den Zustandsgren Druck und Tempera

20、tur (siehe DIN 13422). Bei nicht-newtonschen Flssigkeiten ist die Viskositt eine Funktion der Schubspannung oder des Geschwindigkeitsgeflles (siehe DIN 13423 bzw. DIN 53229). Da der Viskositts-charakter einer ER-Suspension von der Beschaffenheit der Partikel (u. a. Gre) abhngig ist, kann sowohl ein

21、newtonsches oder nicht-newtonsches Verhalten auftreten. Die Bestimmung der dynamischen Basis-viskositt erfolgt nach 4.2. 3.3 Mittlere Partikelgre und Partikelgrenverteilung Eine ER-Suspension stellt ein disperses System dar. Eine Dispersittsanalyse (Messung einer Partikel-grenverteilung) ist die Mes

22、sung der Feinheit eines dispersen Systems (siehe DIN 66160). Die Grundlagen zur Darstellung der Feinheit (Partikelgrenverteilung) sind in DIN ISO 9276-1 und DIN 66142 (alle Teile) bis DIN 66145 geregelt. Eine Mglichkeit der Darstellung einer Partikelgrenverteilung ist es, den Mittelwert (bezogen auf

23、 das Partikelvolumen v oder auf die Partikelanzahl n) der Partikelgre als D(v,50) (50 % der Partikel haben ein Volumen mit dem quivalentradius von x) anzugeben. Das selbe wird fr 10 % (D(v,10) und 90 % (D(v,90) der Partikel vorgenommen. Damit sind Partikelgre und Partikelverteilung definiert. Die Be

24、stimmung der mittleren Partikelgre und Partikelgrenverteilung erfolgt nach 4.3. 3.4 Elektrische Durchschlagfestigkeit Die Durchschlagfestigkeit eines Isolators ist diejenige elektrische Feldstrke, welche in dem Material hchstens herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag (Funke) komm

25、t. Die Durchschlagfestigkeit E eines Isolationswerkstoffes hat die Einheit einer Feldstrke (angegeben in kV/mm oder V/mm). Sie wird deshalb auch als Durchschlagfeldstrke bezeichnet und nach Gleichung (1) berechnet. lUE = (1) Dabei ist U die Durchschlagspannung in V oder kV; l die Isolatordicke in mm

26、. 3.5 Dichte Die Dichte einer ER-Suspension ist hauptschlich von der Dichte des Trgerles, der Dichte der Partikel, dem Feststoffgehalt der Suspension und der Temperatur abhngig. Die Bestimmung von Kennwerten fr die Dichte wird unter 4.4 beschrieben. 3.6 Feststoffanteil Der Feststoffanteil (Feststoff

27、gehalt) in der ER-Suspension ist der volumetrische bzw. spezifische Anteil der festen Phase in einer Suspension. Dieser sollte fr eine definierte ER-Suspension konstant sein, da die technisch relevanten Eigenschaften teilweise stark davon abhngen. Liegt eine Entmischung der ER-Suspension durch Sedim

28、entation vor, kann im Falle einer unvollstndigen Redispergierung bei Befllungs- und Umfllvorgngen der Feststoffanteil verndert werden. 5 DIN 51480-1:2011-04 3.7 Elektrorheologische Fliegrenze Die Fliegrenze ist die kleinste Schubspannung, oberhalb derer ein plastischer Stoff sich rheologisch wie ein

29、e Flssigkeit verhlt (siehe DIN 1342-1). Bei ER-Suspensionen ist diese elektrorheologische Flie-grenze unter anderem von der elektrischen Feldstrke und der Temperatur abhngig. ),(0TE),(0TE3.8 Elektrorheologische Schubspannung Die Schubspannung ist die auf die Flche bezogene Kraft, deren Richtung para

30、llel zur Angriffsflche liegt (siehe DIN 1342-1). Unter Annahme des elektrorheologischen Bingham-Modells ist die elektrorheologische Schubspannung zumindest eine Funktion der elektrischen Feldstrke E und der Schergeschwindigkeit . Daneben ist im Allgemeinen eine Temperaturabhngigkeit zu beobachten. d

31、ie dynamische Basisviskositt; Vorgabe der Scherrate ber eine Treppenfunktion mit logarithmischer Steigerung der Scherrate ber 21 Messpunkte von 0,1 s1bis 1 000 s1mit einer Haltedauer von 3 s je Messpunkt; Vorgabe der Scherrate ber eine Treppenfunktion mit logarithmischer Steigerung der Scherrate ber

32、 21 Messpunkte von 1 000 s1bis 0,1 s1mit einer Haltedauer von 3 s je Messpunkt. Auswertung: Aufgetragen wird die dynamische Basisviskositt und die Schubspannung als Funktion der Scherrate bei logarithmischer Skalierung der Scherrate unter Angabe der verwendeten Zylindergeometrie. 8 DIN 51480-1:2011-

33、04 4.2.2 Bestimmung der dynamischen Basisviskositt in Abhngigkeit von der Temperatur Durch die Bestimmung der dynamischen Basisviskositt in Abhngigkeit von der Temperatur wird das Viskositts-Temperatur-Verhalten ermittelt. Verwendet wird ein koaxiales Rotationsviskosimeter mit einem Zylindermesssyst

34、em. Die Messung ist bei einer Scherrate von 1 000 s1durchzufhren. Damit die Zeit fr die Temperierung nicht zu lange ausfllt, muss darauf geachtet werden, dass die Lagertemperatur der ER-Suspension nicht zu stark von der Messtemperatur abweicht. Nach dem Einfllen in die Messgeometrie wird das Fluid a

35、uf (25 0,5) C temperiert, bevor die eigentliche Messung gestartet wird. Damit die Probe nicht sedimentiert, wird whrend der Temperierungszeit mit einer Scherrate von = 100 s1geschert. Messung der Probe in T = 5 K oder 10 K Schritten ber eine Temperaturspanne, die dem Anwendungsbereich der ER-Suspens

36、ion entspricht, Die Messreihe ist sowohl aufsteigend wie auch absteigend aufzunehmen. Auswertung: Aufgetragen wird die dynamische Basisviskositt als Funktion der Temperatur bei linearer Skalierung der Temperatur und unter Angabe der verwendeten Zylindergeometrie. Weiterhin erfolgt in Auswertung der

37、Messungen die Angabe des Temperaturkoeffizienten der Viskositt nach DIN 53017 sowie die Angabe der dynamischen Viskositt des Trgerles entsprechend der Herstellerangabe. 4.3 Bestimmung der mittleren Partikelgre und Partikelgrenverteilung Die Bestimmung der Partikelgrenverteilung erfolgt in Anlehnung

38、an das Laser-Streuverfahren nach DIN EN 725-5. Dabei wird ein Teil der verdnnten ER-Suspension durch einen Laserstrahl geleitet. Die Teilchen der ER-Suspension erzeugen dabei abhngig von deren Gre ein Beugungsmuster und/oder eine Streuung des Laserstrahls. Diese Beugungsmuster und Streuung werden du

39、rch Photodetektoren detektiert. Die Auswertung des Messsignals erfolgt abhngig von der Partikelgre. Im m-Bereich findet die Fraunhofer-Beugung ihre Anwendung, whrend bei Partikelgren unterhalb des m-Bereichs eine Auswertung der Streuung erforderlich ist. Fr die Messung der ER-Suspension ist diese ge

40、rteabhngig derart zu verdnnen, dass der Bedeckungs-grad der Messzelle eine einwandfreie Beugung nach Fraunhofer zulsst. 4.4 Bestimmung der Dichte der ER-Suspension Die Dichte der elektrorheologischen Suspension ERFkann wahlweise mittels Dichte-Arometer nach DIN 51757 oder mittels Dichte-Pyknometer n

41、ach DIN 12791-3 bzw. nach DIN EN ISO 3838 bestimmt werden. Im Datenblatt fr eine ER-Suspension ist zustzlich die Dichte des Trgerls lunter Angabe der Messtemperatur entsprechend den Herstellerangaben aufzufhren. 9 DIN 51480-1:2011-04 4.5 Bestimmung des relativen Feststoffanteils und der Feststoffdic

42、hte 4.5.1 Bestimmung der Feststoffdichte Der Feststoff wird vom l abfiltriert und mit einem geeigneten Lsungsmittel (z. B. n-Heptan) ber Filter gewaschen und anschlieend getrocknet. Die Bestimmung der Feststoffdichte Soliderfolgt mittels Pyknometrie in Anlehnung an DIN EN ISO 3838. In Abnderung von

43、DIN EN ISO 3838:2004-09, 8.2.4, ist anstelle von Wasser ein Medium zu verwenden, was den eingefllten Feststoff blasenfrei benetzt (z. B. Ethanol). 4.5.2 Bestimmung des Feststoffanteils 4.5.2.1 Allgemeines Zur Bestimmung des Feststoffanteils stehen zwei Verfahren zur Verfgung. 4.5.2.2 Gravimetrische

44、Bestimmung Nach Gleichung (4) ist der spezifische Feststoffanteil in % (m/m) zu berechnen: msolidERFFiltratmsolid100mm= (4) Dabei ist mFiltratdie Masse des Filtrats (siehe 4.5.1); mERFdie Masse der elektrorheologischen Suspension (siehe 4.5.1). und nach Gleichung (5) der volumetrische Feststoffantei

45、l in % (V/V). vsolidERFFiltratvsolid100VV= (5) Dabei ist VFiltratdas Volumen des Filtrats (siehe 4.5.1); VERFdas Volumen der elektrorheologischen Suspension (siehe 4.5.1). 4.5.2.3 Bestimmung ber die unterschiedlichen Dichten Aus der pyknometrisch bzw. arometrisch bestimmten Dichte der elektrorheolog

46、ischen Suspension ERF(siehe 4.4), des Trgerls l (siehe 4.4) und des Feststoffs solid(siehe 4.5.1) wird der volumetrische Feststoffanteil in % (V/V) nach Gleichung (6) und der spezifische Feststoffanteil in % (m/m) nach Gleichung (7) ermittelt. vsolidmsolidlsolidlERFvsolid100= (6) vsolidERFsolidmsoli

47、d = (7) 10 DIN 51480-1:2011-04 4.6 Bestimmung der Sedimentation 4.6.1 Allgemeines Eine Bewertung des Sedimentationsverhaltens erfolgt durch Bestimmung des Volumenanteils der entmischten und der abgesetzten Phase im Gesamtvolumen. 4.6.2 Messgefe Mess- oder Mischzylinder mit Fassungsvermgen 50 ml oder

48、 100 ml; Bauform 1b, Genauigkeitsklasse A oder B aus Duran1 )mit NS-Schliff und Stricheinteilung und dichtem PE-Stopfen, justiert auf In“, mit Sechskantfu nach DIN EN ISO 4788. 4.6.3 Vorbereitung der Sedimentproben Die Mess- oder Mischzylinder werden bis zur Hlfte mit der vollstndig redispergierten Suspension aufgefllt, mit dem dichten Stopfen verschlossen und bei konstanter Raumtemperatur auf einen erschtterungsfreien planen Untergrund aufgestellt und gelagert. 4.6.4 Sedimentationsanalyse Ein Mess- oder Mischzylinder ist mit der ER-Suspension zu b