Разработка и реализация нового подхода по определению реологических параметров жидкофазных мультикомпонентных систем с использованием реовискозиметра нового типа

В настоящее время реовискозиметрические измерения как наиболее доступные и весьма информативные для исследования жидкофазных систем широко используются на практике, в частности, в медицине и нефтехимической индустрии. Они также являются важнейшим инструментом исследования в области физической химии полимеров. Появление новых классов физико-химических систем, таких как гидрофильные полимерные ассоциаты, обуславливает необходимость дальнейшего совершенствование реовискозиметрических методов, целенаправленно предназначенных для исследования мультикомпонентных систем. Иными словами, достаточно остро стоит проблема удешевления вискозиметрических измерений, повышения их быстродействия, равно как и проблема совершенствования этих методов с целью обеспечения возможности исследования мультикомпонентных систем, в том числе, представляющих собой полимерные сетки, существующие в динамическом режиме, что требует создания реовискозиметров с высоким динамическим разрешением.

Целью проекта является разработка и практическая реализация нового подхода к созданию реовискозиметров, обеспечивающих возможность высокоточных экспресс измерений реологических параметров жидкофазных мультикомпонентных систем, существенное удешевление приборов такого типа и проведение мероприятий по организации их опытного производства.

Задачи проекта:

• Разработка принципа действия вискозиметра нового типа, использующего передачу данных на смартфон и доказательство его применимости к определению реологических параметров жидкофазных мультикомпонентных систем; данная задача является основой выполнения проекта;
• Разработка теоретической модели вязкого течения мультикомпонентых систем, в том числе, макромолекулярных сеток, существующих в динамическом режиме (гидрофильных интерполимерных ассоциатов);
• Реализация лабораторного образца вискозиметра нового типа и сопутствующего программного обеспечения, включая программу, устанавливаемую на смартфон
• Проведение экспериментов, доказывающих эффективность вискозиметра нового типа, получение экспериментальных данных, отражающих возможность анализа специфических реологических свойств мультикомпонентых систем.
• Реализация полупромышленного образца вискозиметра нового типа, проведение испытаний и выполнение технического задания на организацию опытного производства вискозиметров нового типа.

Основным результатом выполнения проекта будет являеться создание новой методики измерения вязкости, ориентированной на использование одноразовых капсул и передачи данных на смартфон, её экспериментальная отработка, в том числе в режиме, допускающим экспериментальные исследования мультикомпонентных жидкофазных сред на примере гидрофильных интерполимерных ассоциатов.

Впервые разработана схема горизонтального вискозиметра, использующего одноразовые капсулы, заполняемые исследуемой жидкостью, которая позволяет обеспечить измерение вязкости в полностью автоматическом режиме, расширить функциональные возможности вискозиметра и исключить все эксплуатационные расходы, связанные с промывкой узлов вискозиметрических устройств.

Впервые также предложен подход, обеспечивающий резкое снижение стоимости вискозиметров за счёт того, что все вычислительные операции выполняются программой, установленной на смартфон пользователя, что позволяет исключить все дополнительные радиоэлектронные блоки, которые входят в серийно выпускаемые вискозиметры существующих типов.

Впервые продемонстрировано, что предлагаемый способ измерения, связанный с управляемым движением шарика в вязкой среде является перспективным инструментом для исследования гидрофильных интерполимерных ассоциатов, которые, в свою очередь, являются весьма важным объектом с точки зрения применения теории нейронных сетей к изучению надмолекулярных систем в гидрофильных полимерах.

Впервые предложена конструкция вискозиметра, основанная на методе измерения вязкости Стокса, но ориентированного на использование одноразовых измерительных узлов, что исключает операцию промывки при подготовке прибора к работе и значительные эксплуатационные расходы на данную операцию. Принцип работы основан на использовании периодического возвратно-поступательного перемещения шарика в горизонтально расположенной кювете, заполненной исследуемой средой. Движение создается под воздействием магнитного поля, создаваемого двумя электромагнитами. Регистрация перемещений шарика внутри кюветы осуществляется при помощи оптоэлектронной пары или катушек индуктивности, надеваемых на одноразовый измерительный узел. Отличительной особенностью предложенной конструкции является управление при помощи программы, устанавливаемой на смартфон пользователя, которая также осуществляет обработку первичных данных. Впервые в вискозиметрии реализован подход, в котором передача первичных данных и управление процессом измерений осуществляется по радиоканалу при помощи Bluetooth-модуля.

Впервые показано, что метод измерения вязкости, основанный на использовании возвратно-поступательного движения шарика, может быть применен к изучению гидрофильных интерполимерных ассоциатов – сравнительного нового типа продукта интерполиметрынх реакций, представляющего собой сетку, образованную макромолекулами, которая существует в динамическом режиме. Впервые разработана теория, позволяющая описывать процессы, протекающие при движении твердого тела в среде такого типа, основанная на новом истолковании понятия «энтропия».