The rheology of suspensions of vinylon fibers in polymer liquids. I. Suspensions in silicone oil

Summary

The steady shear flow properties of suspensions of vinylon fibers in silicone oil were measured by means of a cone-plate type rheometer. Three kinds of vinylon fibers used had no distributions of length and were more flexible than glass fibers and the like. The content of the fibers ranged from 0 to 7 wt.%. Shear viscosity, the first normal-stress difference, yield stress, and relative viscosity were discussed. Shear viscosity and relative viscosity increased with the fiber concentration and the aspect ratio, and depended upon the shear rate. The applicability of Ziegel's equation of viscosity for fiber suspensions was investigated. The first normal-stress difference increased with the fiber concentration, aspect ratio, and shear rate and its relative increase was much larger than for shear stress and viscosity depending on the properties of the characteristic time,$\bar \tau$ The yield stress could be determined by Casson plots for large aspect ratio fiber suspensions even in low concentration comparing with the suspensions of spherical particles or powder. The influence of the flexibility of the fibers for the rheological properties of the fiber suspensions can not be ignored.

Zusammenfassung

Das Fließverhalten von Vinylonfasern in Siliconöl wird unter stationären Scherbedingungen in einem Kegel-Platte-Rheometer untersucht. Drei Arten von Vinylonfasern einheitlicher Länge, die eine größere Flexibilität als Glasfasern besitzen, werden verwendet, wobei der Fasergehalt zwischen null und 7 Gew.-% variiert. Scherviskosität, erste Normalspannungsdifferenz, Fließspannung und relative Viskosität werden diskutiert. Scher- und relative Viskosität wachsen mit der Konzentration und dem Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis und hängen von der Schergeschwindigkeit ab. Die Anwendbarkeit der Ziegelschen Gleichung für die Viskosität von Fasersuspensionen wird geprüft. Die erste Normalspannungsdifferenz wächst mit der Faserkonzentration, dem Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis und der Schergeschwindigkeit, und ihr relativer Anstieg ist viel größer als bei Schubspannung und Viskosität und hängt von der charakteristischen Zeit$\bar \tau$ ab. Die Fließspannung kann bei großen Längen-zu-Durchmesser-Verhältnissen mittels des Casson-Diagramms schon bei Konzentrationen bestimmt werden, die viel geringer sind als bei Kugelund Pulversuspensionen. Der Einfluß der Faserflexibilität auf die rheologischen Eigenschaften ist nicht vernachlässigbar.