Rheological properties of polyethylene oxide solutions

Summary

Measurements were made on solutions of Polyethylene oxide (WSR-301) varying in concentration from .0511 g/dl to 4.014 g/dl, prepared from two samples of dry material of different ages (I, II), using aWeissenberg Rheogoniometer with cone-and-plate and parallel-plate geometries, and also using capillary viscometers. Steady shear data were obtained for eight decades of strain-rates (10⁻³ <k < 10⁵ sec⁻¹), and oscillatory data for over four decades of frequency (10⁻³ <f < 10¹ Hz). Results are presented for the shear-dependent viscosity,η(k), normal stress differences,σ ₁(k), σ₂(k), and the complex viscosity,η ^*(f). It was found that characteristic fluid times obtained from continuum arguments correlated the experimentalη(k), η′(f) andG′(f) data.

Using theη ^*(f) data, the stress relaxation function,Ψ(σ), was calculated, from which the second-order fluid coefficientsγ andη ₀ were obtained, and compared to the directly measured values.

Evidence is given to show that the sign ofσ ₁(k) varies both with concentration and strainrate.

Using solutions prepared from sample II, correlations with the material properties of solutions of sample I were found which indicated the effect of aging on stored dry samples.

Zusammenfassung

Es wurden Viskositätsmessungen an Polyäthylenoxid-(WSR-301)-Lösungen mit Konzentrationen zwischen 0,0511 g/dl und 4,014 g/dl ausgeführt, die aus zwei Proben von Trockenmaterial verschiedenen Alters (I, II) genommen waren. Verwendet wurde einWeissenberg-Rheogoniometer mit Kegel-Platte- und Parallel-Platten-Geometrie sowie verschiedene Kapillarviskosimeter. Werte für die stationäre Scherung wurden über acht Dekaden der Schergeschwindigkeit (10⁻³ <k < 10⁵ s⁻¹) erhalten, solche für periodische Beanspruchung über mehr als vier Dekaden der Frequenz (10⁻³ <f < 10 Hz). Es werden die Werte der Scherviskositätη(k), der Normalspannungsdifferenzenσ ₁(k) undσ ₂(k) sowie der komplexen Viskositätη ^*(f) mitgeteilt. Man findet, daß die experimentell ermittelten Werte vonη(k), η′(f) undG′(f) mit Hilfe charakteristischer Zeitkonstanten, die man aus kontinuumsmechanischen Überlegungen gewinnt, korreliert werden können.

Aus dem Verlauf vonη ^*(f) wurde die SpannungsrelaxationsfunktionΨ(σ) berechnet, woraus sich die Koeffizienten zweiter Ordnungγ undη ₀ bestimmen lassen. Diese wurden mit den auf direkte Weise gewonnenen Werten verglichen. Es wird nachgewiesen, daß das Vorzeichen vonσ ₁(k) sowohl bei der Veränderung der Konzentration als auch der Deformationsgeschwindigkeit wechselt.

Durch Vergleich der an den Proben I und II erhaltenen Ergebnisse wird auf Alterungserscheinungen bei der trocken gelagerten Probe geschlossen.