مقدمة
يمكن أن يحدث تبخر المذيبات أو جفاف العينة في مجموعة متنوعة من العينات أثناء الاختبار الريولوجي طويل الأجل أو عند الاختبار في درجات حرارة مرتفعة. يمثل هذا الأمر مشكلة خاصةً بالنسبة للعينات المتطايرة التي تحتوي على مذيبات عضوية ولكن حتى المواد ذات الأساس المائي مثل الكاتشب أو المعاجين قد لوحظ أنها "تجف" بسرعة عند تعرضها للغلاف الجوي.
تكون أنظمة قياس الألواح المتوازية أو الألواح المخروطية أكثر عرضة للتبخر والجفاف لأن المواد الموجودة على حافة اللوح أو المخروط مكشوفة مباشرةً. وتتفاقم المشكلة أكثر من خلال حقيقة أن عزم الدوران المقاس أو المطبق (M) يختلف مع نصف القطر (r) إلى قوة أربعة (r4) للصفيحة وإلى قوة ثلاثة (r3) للمخروط، عند قياس مادة نيوتونية. وبالتالي، فإن أي تغيير في خواص العينة عند الحافة بسبب تكون القشرة أو فقدان العينة سيكون له تأثير كبير على نتيجة القياس. قد تواجه مشاكل مع أنظمة الأسطوانات متحدة المركز أيضًا، وإن كان ذلك بدرجة أقل.
للتغلب على هذه المشكلات، يوصى باستخدام مصيدة مذيب كما هو موضح في الشكل 1 أدناه. يحتوي نظام مصيدة المذيبات السلبية Kinexus الموضح على غطاء حراري خارجي (نايلون 66 مملوء بالزجاج بنسبة 30%)، وهي نفس مادة أغطية العينة القياسية التي يتم تضمينها مع خراطيش اللوحة والأسطوانة القياسية في Kinexus. أما المادة الداخلية فهي مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، وتحتوي على ميزة التداخل على كامل التماس لإعطاء ختم محكم. ميزة إضافية هي خيار غاز التطهير المضمن الذي يمكن استخدامه لتطهير الغاز أو البخار في الحجرة إذا لزم الأمر. يوجد بالداخل خزانان للمذيب، أحدهما يقع حول عمود الهندسة والآخر قناة دائرية تقع حول محيط اللوحة السفلية. تمتلئ حلقة المذيب وقناة اللوحة بمذيب العينة. عندما يكون النظام مغلقًا، يخلق البخار نظامًا مشبعًا يقلل من تبخر مذيب العينة.
تتوافق مصيدة المذيبات مع كل من خراطيش اللوحة والأسطوانة.
تسلط هذه المذكرة التطبيقية الضوء على مشكلة تبخر المذيبات في القياسات الانسيابية وتوضح كيف يمكن التغلب عليها باستخدام مصيدة المذيبات أثناء الاختبار الانسيابي.
تجريبي
- تم قياس عينة كاتشب مع نظام مصيدة المذيبات وبدونه في هذه الدراسة لتحديد فعاليته في منع جفاف العينة.
- أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية Kinexus مع خرطوشة صفيحة بلتيير ونظام قياس صفيحة ذات صفيحة خشنة 40 مم، باستخدام تسلسلات قياسية معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
- تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع العينات لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
- تم إجراء جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.
- أُجريت تجربة واحدة للتحكم في الإجهاد بتردد واحد داخل منطقة اللزوجة المرنة الخطية على مدى أزمنة تتراوح من 20 إلى 65 ساعة، مع استخدام مصيدة المذيبات Kinexus وبدونها.
- تم ملء حلقة المذيب وقناة اللوحة السفلية بمذيب العينة؛ في هذه الحالة الماء.
النتائج والمناقشة
يوضح الشكل 2 رسمًا بيانيًا للزوجة المعقدة مع الزمن لعينة كاتشب، مع وجود مصيدة مذيب وبدون وجود مصيدة مذيب، على مدار فترة اختبار مدتها 20 ساعة. في حالة عدم وجود مصيدة المذيب، تزداد اللزوجة المعقدة مع مرور الوقت؛ وهذا يدل على أن العينة تجف مع التعرض للغلاف الجوي. مع استخدام مصيدة المذيب، تكون اللزوجة المعقدة أكثر اتساقًا، مما يشير إلى إمكانية إجراء اختبار ممتد على هذه العينة دون القلق من تغير العينة.
لتقييم المدة التي يمكن تمديد القياس مع استخدام مصيدة المذيبات، تم تكرار القياسات حتى 65 ساعة من الاختبار (الشكل 3). وقد لوحظت زيادة طفيفة في اللزوجة المعقدة في البداية؛ ويعزى ذلك إلى الانتعاش المتغيرة الانسيابية بعد التحميل، لأن الكاتشب مادة متغيرة الانسيابية. لكن بعد فترة الاسترداد الأولية هذه، ظلت اللزوجة المعقدة ثابتة نسبيًا لمدة 65 ساعة من الاختبار. تم الوصول إلى اللزوجة النهائية التي تم قياسها بعد 65 ساعة من الاختبار مع استخدام مصيدة المذيبات بعد 25 دقيقة فقط مع عدم وجود مصيدة مذيبات مما يوضح مدى أهمية وفعالية هذه المصيدة في منع التبخر.
الخاتمة
يمكن أن يمنع استخدام مصيدة المذيبات بشكل فعال جفاف العينة/فقدان المذيب لفترة طويلة من الوقت أثناء الاختبار الممتد. وهذا أمر ضروري لضمان قياس التغيرات الانسيابية فقط وليس التغيرات الناتجة عن فقدان المذيب أو جفاف العينة عند السطح البيني للهواء/العيّنة.