[发明专利]物性测量设备和物性测量方法

说明书

技术领域

本发明的实施例一般地涉及物性测量设备，用于测量使得样品变形时 在样品中产生的应力和用于测量样品的阻抗，并且涉及物性测量设备所采 用的物性测量方法。更具体地，本发明的实施例涉及用于在一次测量中同 时测量样品的动态粘弹性和介电特性的技术。

背景技术

过去，旋转流变仪被广泛用于测量测量动态粘弹性。一般来说，旋转 流变仪具有如下构造：样品被夹在固定在流变仪设备上的下平板与具有通 过轴连接到轴承的上表面的锥形的或平的上板之间。在这样的构造中，上 板被旋转或振动，以使得样品变形，然后测量由该变形导致的应力。

此时，可以改变施加到样品的旋转或振动的频率，以获得动态信息。 然后，基于该动态信息找到样品的粘弹性。在具有这样的构造的流变仪 中，空气轴承可以被用作所述轴承，以允许极小的应力可以被检测并允许 具有低粘度的样品可以被有效地测量。

作为如上所述的、样品被夹在下板和上板之间的构造的替换，旋转流 变仪可以具有如下的构造：外圆筒和内圆筒(或内圆柱)被同心地设置， 并且样品被注入到外圆筒和内圆筒(或内圆柱)之间的间隙之间进行测 量。在流变仪具有这样的构造的情况下，内圆筒(或内圆柱)或外圆筒被 旋转或振动，并且检测由旋转或振动导致的应力。

在具有如上所述的包括一对上下板的构造的流变仪中，将样品夹在板 之间的构造可以看作是一电容器。因此，通过在板之间施加电压，可以观 察样品的介电响应。但是，在此情况下，需要以一定形式使得导体与上板 物理接触，作为电接触。如上所述，上板需要被旋转或振动，以测量样品 的动态粘弹性。具体来说，当利用现有的物性测量设备来测量样品的动态 粘弹性和介电特性两者时，至少，与样品接触的两个表面由导体材料制 成，此外，使得金属夹或类似物与旋转轴接触，以建立与两个表面的电接 触。

此外，在过去已经提出了一种方法，用于从作为弹性表面波之间的传 播速度和传播损耗差的测量结果所获得的值找出测量对象的液体部分的粘 度系数和介电常数，其中，所述弹性表面波在形成弹性表面传播线的梳状 电极被浸没在测量对象的液体部分中时输入。对于所提出的这种方法的更 多信息，建议读者参考日本专利申请公开No.Hei 6-109710(此后称为专利 文件1)和日本专利申请公开No.Hei 6-194346(此后称为专利文件2)。

发明内容

然而，在通过使得金属夹与旋转流变仪的旋转轴接触来测量样品的介 电特性的情况下，当测量具有低粘度系数的样品时，金属夹和旋转轴之间 的摩擦变得突出，使得样品的动态响应不再能够被观察到。结果，导致动 态粘弹性的测量准确性劣化的问题。此外，在介电特性的测量中，由于旋 转轴的运动，与金属夹的接触的好坏每秒钟都在变化，并且好坏的变化成 为大的噪声。结果，导致不能正确估计样品的介电响应的问题。就是说， 使得构件与旋转轴和/或上板接触以保证与旋转轴和/或上板的电接触的方 法不期望地向动态测量和电测量引入了大的误差。

应该注意，除了使得金属夹与旋转轴和/或上板接触以保证与旋转轴和 /或上板的电接触的方法之外，还存在使用水银作为轴承的方法。然而，此 方法不能测量使用空气轴承所能测量的极小的扭矩。因此，此方法的应用 非常有限。此外，因为此方法使用水银，所以从安全角度考虑，该方法不 是理想的。

另一方面，在专利文件1和2中描述的测量设备被用于基于特定的模 型由声阻测量的结果测量样品的粘度系数、介电常数和电导率。然而，因 为粘度系数、介电常数和电导率不是直接测量的，所以较之直接测量所获 得的结果，该粘度系数、介电常数和电导率中的每一个的测量值的可靠性 较差。此外，专利文件1和2中所述的测量设备各自的构造导致如下问 题：设备不能通过改变测量频率来测量动态粘弹性。此外，专利文件1和 2中所述的测量设备各自具有被设计成没有实现高频传输线的结构。因 此，专利文件1和2中所述的测量设备都存在如下问题：不能在高频范围 内(尤其是例如不低于1MHz的频率范围)以高的准确度测量介电常数和 电导率。

如上所述，现有测量设备和现有测量方法不能以高的准确度在一次测 量中同时测量具有低粘度系数的样品的动态粘弹性和介电特性。具有低粘 度系数的样品的典型实例是由液态材料制成的样品和处于凝胶过程的初始 阶段的样品。此外，在具有高粘度系数的样品的情况下，需要通过抑制噪 声来提高测量准确度。