مقدمة
يتم تعبئة العديد من المنتجات الاستهلاكية في أنابيب أو زجاجات حيث ينطوي استخدام المنتج على ضخ المنتج من خلال فوهة. تميل هذه المنتجات إلى أن تكون منتجات مرققة بالقص حيث تنخفض اللزوجة أثناء عملية البثق بسبب زيادة معدل القص، ثم تستعيد اللزوجة عند خروجها من الفوهة مع انخفاض معدل القص. ويرتبط معدل القص الذي يتم مواجهته أثناء هذه العملية بنصف القطر r للفتحة ومعدل التدفق الحجمي Q بالمقدار التالي:
البارامتر n هو مؤشر قانون القوى، وهو 1 للسائل النيوتوني وبين 0 و1 للسائل غير النيوتوني. يمكن الحصول على هذه القيمة بسهولة من اختبار معدل القص المتغير من خلال تركيب نموذج قانون قوة على البيانات الناتجة.
من خلال قياس معدل التدفق الحجمي (الحجم المستغنى عنه في وقت معين) ونصف القطر الداخلي للفوهة، يمكن تقدير معدل القص الذي يتم مواجهته أثناء عملية البثق. يمكن إدخال هذه القيمة في اختبار معدل القص المتدرج (الشكل 1) الذي يقص العينة بمعدل قص منخفض لفترة زمنية معينة (قبل البثق) قبل أن يرتفع إلى معدل القص المطلوب. ثم تتم متابعة استعادة اللزوجة مع انخفاض معدل القص إلى قيمته الأولية. يوضح هذا الاختبار مدى سرعة استعادة العينة لزوجتها بعد عملية البثق ويشير إلى سمك أو لزوجة المنتج وقت الاستخدام.
يمكن قياس خصائص اللزوجة المتغيرة الانسيابية بقياس اللزوجة النهائية في نهاية المرحلة الأولى والوقت الذي يستغرقه استرداد نسبة مئوية محددة من تلك اللزوجة خلال المرحلة الأخيرة من الاختبار. يمكن استخدام هذه القيمة للمقارنة بين المنتجات أو التركيبات وهي قابلة للتطبيق في مجموعة واسعة من الصناعات والتطبيقات.
تجريبي
- تم تقييم خصائص استعادة اللزوجة لمعجون الأسنان وغسول الجسم في ظل ظروف معدل القص المرتبطة ببثق المنتج أثناء الاستخدام.
- أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع خرطوشة لوحة بلتيير ونظام قياس اللوحة المتوازية الخشنة1، وباستخدام تسلسلات قياسية معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
- تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع كلتا العينتين لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
- تم إجراء جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.
- تم حساب معدلات قص البثق ذات الصلة تلقائيًا كجزء من تسلسل الاختبار باستخدام القيم المدخلة لحجم البثق وزمن البثق ونصف قطر الفتحة. تمت برمجة الاختبار لاستخدام هذه القيمة المحسوبة كمعدل قص وسيط في اختبار معدل القص المتدرج مع الخطوة 1 والخطوة 2 باستخدام معدل قص ثابت قدره 0.1 ثانية-1.
- تم تحديد الوقت اللازم لاستعادة 90% من اللزوجة الأصلية للمنتجات تلقائيًا والإبلاغ عنه في نهاية الاختبار.
النتائج والمناقشة
قدرت الآلة الحاسبة الآلية معدل القص للبثق لتوصيل المنتج بـ 34 ث-1 لمعجون الأسنان و840 ث-1 لغسول الجسم. تم استخدام هذه القيم في المرحلة المتوسطة من الاختبار.
يوضح الشكل 2 نتائج معجون الأسنان. من الواضح أن هذه المادة متغيرة الانسيابية بدرجة كبيرة لأنها لا تستعيد بنيتها بالكامل في المقياس الزمني للاختبار، حيث تصل إلى 70% فقط من لزوجتها الأصلية وتستغرق حوالي 6 دقائق للوصول إلى هذا المستوى من الاستعادة.
وعلى النقيض من ذلك، يستعيد غسول الجسم الموضح في الشكل 3 تقريبًا كل لزوجته الأصلية تقريبًا حيث يستغرق 7 ثوانٍ فقط للوصول إلى نفس النسبة المئوية للتعافي مثل معجون الأسنان و23 ثانية للوصول إلى 90% من اللزوجة الأصلية. وبالمقارنة، يمكن تصنيف هذه المادة على أنها غير متغيرة الخواص بشكل أساسي.
من حيث المستهلك، قد يعني هذا أن غسول الجسم سيعاد تركيبه بسرعة كبيرة بعد ملامسته للجلد، مما قد يمنع الانتشار المفرط أو التقطير المحتمل. سيكون لمعجون الأسنان لزوجة أقل على الفرشاة قبل تنظيف الأسنان بالفرشاة مما يسهل توزيعه في الفم وربما يؤثر على الخصائص الحسية. ومع ذلك، من المهم ألا تكون اللزوجة منخفضة جدًا بحيث يمكن أن يتدفق المنتج عبر الشعيرات أو يتدلى على الفرشاة.
الخاتمة
تم إجراء اختبار معدل القص على ثلاث خطوات على معجون أسنان وغسول الجسم لتقييم مدى استعادة اللزوجة بعد البثق من الأنبوب والزجاجة على التوالي. تبين أن معجون الأسنان متغيرة الانسيابية بدرجة كبيرة حيث استغرق 6 دقائق لاستعادة 70% من لزوجته الأصلية. حقق غسول الجسم نفس درجة التعافي في 7 ثوانٍ فقط ويمكن اعتباره غير متغيرة الانسيابية بالمقارنة
1يرجىملاحظة...
يوصى بإجراء الاختبار باستخدام الهندسة المخروطية والصفيحة أو هندسة الصفيحة المتوازية - مع تفضيل الأخيرة للمشتتات والمستحلبات ذات أحجام الجسيمات الكبيرة. قد تتطلب هذه الأنواع من المواد أيضًا استخدام أشكال هندسية مسننة أو خشنة لتجنب حدوث خلل في الهندسة المتعلقة بالانزلاق على سطح الهندسة.