A new method for determining the second normal stress difference in viscoelastic fluids

Summary

A new method has been found for determining the complete set of viscometric functions characterizing the steady shear flow of non-Newtonian liquids, viz. the shear stressτ, and the first and second normal stress differencesN ₁ andN ₂. The method is based on a modified cone-and-plate flow system and requires only one relatively simple experiment to obtain the data from whichτ, N ₁ andN ₂ are derived.

The method has been used to examine two different polymer systems, a 5% solution of polyisobutene in decalin and a silicone oil. For both polymer systems small (relative toN ₁), negative values have been found for the second normal stress difference. With the silicone oil strong evidence has been found for a second-order dependence of both the first and second normal stress difference on the shear rate.

Zusammenfassung

Es wurde eine Methode zur Ermittlung sämtlicher viskosimetrischer Funktionen gefunden, die die stationäre Scherströmung nicht-Newtonscher Flüssigkeiten charakterisieren, nämlich die Schubspannungτ und die erste und zweite NormalspannungsdifferenzN ₁ undN ₂. Die Methode basiert auf einem modifizierten Kegel- und Platte-Strömungssystem und bedarf nur eines verhältnismäßig einfachen Versuches zur Ermittlung der Daten, von denenτ, N ₁ undN ₂ abgeleitet werden.

Die Methode wurde angewandt bei der Untersuchung zweier verschiedener Polymer-Systeme, einer 5% igen Lösung von Polyisobuten in Dekalin und eines Silikonöls. Für beide Polymer-Systeme wurden fürN ₂ negative und im Verhältnis zuN ₁ niedrige Werte gefunden. Im Falle des Silikonöls wurden Beweise dafür gefunden, daß sowohl die erste als auch die zweite Normalspannungsdifferenz eine Abhängigkeit zweiter Ordnung von der Schergeschwindigkeit aufweist.