مقدمة
المستحلب هو نظام ذو طور سائل مستمر وطور مشتت من قطرات سائلة. النوعان الأكثر شيوعًا من المستحلبات هما مستحلبات الزيت في الماء ومستحلب الماء في الزيت (الشكل 1). في مستحلب الزيت في الماء، تكون المرحلة المستمرة هي الماء والمرحلة المشتتة هي الزيت، بينما في مستحلب الماء في الزيت، تكون المرحلة المستمرة هي الزيت، بينما تكون المرحلة المشتتة هي الماء.
يعتمد تحول مستحلب ماء في زيت (أو انعكاسه) إلى مستحلب زيت في ماء على الكسر الحجمي لكلا المرحلتين والمستحلب. والمستحلب هو مادة تعمل على استقرار المستحلب عن طريق الامتصاص عند السطح البيني للزيت في الماء. وتعد المواد الخافضة للتوتر السطحي أكثر أشكال المستحلبات شيوعًا.
تميل انسيابية المستحلب إلى الاعتماد بشكل كبير جدًا على الجزء الحجمي للمرحلة المشتتة وكذلك حجم القطرة. المعلمات الريولوجية ذات الأهمية الرئيسية هي اللزوجة والإجهاد العادي والمرونة اللزجة وإجهاد الخضوع. لا تميل المستحلبات منخفضة إلى متوسطة التركيز إلى إظهار أي إجهاد خضوع.
عند زيادة الكسر الحجمي للقطرات، يتم الوصول إلى نقطة انعكاس الطور. ومع ذلك، إذا كانت قطرات المستحلب مثبتة بواسطة مادة خافضة للتوتر السطحي أو جزيئات، يمكن أن تظل القطرات مستقرة حتى مع اقتراب الكسر الحجمي من 1. تميل المستحلبات الكثيفة أو المركزة إلى إظهار خواص انسيابية مثيرة للاهتمام مثل إجهاد الخضوع والمرونة اللزوجة العالية عندما يتجاوز جزء الحجم للمرحلة المشتتة ذلك الذي يتجاوز تكوين الكرات المتقاربة (Φ = 0.74 للأنظمة أحادية التشوه القابلة للتشوه). ووفقًا لبرينسن وكريس [1]، يعتمد إجهاد الخضوع (σy) المتولد في مثل هذه المستحلبات الكثيفة على الكسر الحجمي للقطرات ويعطى بالعلاقة:
حيث Y(Φ) هي دالة تجريبية معطاة بواسطة;
وهنا، Φ هو الكسر الحجمي للقطرات، Γ هو التوتر البيني وa32 هو نصف قطر القطرة من الحجم إلى السطح.
وللاستفادة العملية من هذه النظرية، من الضروري قياس إجهاد الخضوع للمستحلب عند عدد من الكسور الحجمية (التركيزات) التي يحددها المستخدم. إذا كان لدى المستخدم معرفة بالتوتر البيني ونصف قطر القطرة، يمكن عندئذٍ تحليل البيانات لمعرفة مدى انطباق نموذج برينسن وكريس على عينة مستحلب محددة.
وتتأثر القطرات التي يبلغ نصف قطرها حوالي 1 ميكرون أو أصغر من ذلك بشدة بالحركة البراونية وتظهر سلوكًا شبيهًا بالسائل عند الترددات المنخفضة ولا يمكن وصفها باستخدام التحليل أعلاه.
تجريبي
- يوجد هذا الاختبار التجريبي كتسلسل تم تكوينه مسبقًا في برنامج rSpace المصمم للتشغيل على مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus1.
- يحدد التسلسل إجهاد الخضوع عن طريق منحدر إجهاد عند مجموعة من الكسور الحجمية التي يحددها المستخدم ويعرض مخططًا لإجهاد الخضوع مقابل التركيز الذي يمكن تصديره لمزيد من التحليل.
- لا ينطبق هذا الاختبار إلا على العينات ذات الكسور عالية الحجم، على الرغم من أن التحليل سيبلغ عن إجهاد الخضوع لجميع العينات المختبرة، ومن ثم يلزم إجراء تحليل المستخدم.
1يرجىملاحظة أنه يمكن أيضًا استخدام هندسة الصفيحة المتوازية أو الهندسة الأسطوانية. وينبغي النظر في الشكل الهندسي المنفوخ بالرمل إذا كان من المحتمل أن تظهر تأثيرات انزلاق الجدار. تُعد الأشكال الهندسية الأكبر حجمًا مفيدة للقياسات عند عزم الدوران المنخفض، والتي من المرجح أن تصادف في الترددات المنخفضة. يوصى أيضًا باستخدام مصيدة المذيبات لهذه الاختبارات نظرًا لأن تبخر المذيب (مثل الماء) حول حواف نظام القياس يمكن أن يبطل الاختبار، خاصةً عند العمل في درجات حرارة أعلى.