مقدمة
في حين أن معظم المعلقات والمواد ذات البنية البوليمرية هي مواد مرققة بالقص، فإن بعض المواد يمكن أن تظهر أيضًا سلوكًا لتكثيف القص حيث تزداد اللزوجة مع زيادة معدل القص أو إجهاد القص. وغالبًا ما يشار إلى هذه الظاهرة أيضًا باسم التمدد، وعلى الرغم من أن هذا يشير إلى آلية محددة لتكثيف القص، إلا أن المصطلحين غالبًا ما يستخدمان بالتبادل. في معظم الحالات، تحدث سماكة القص على مدى عقد من معدلات القص ويمكن أن تكون هناك منطقة ترقق القص عند معدلات القص المنخفضة والعالية.
وعادةً ما تُظهر المشتتات أو المعلقات الجسيمية ذات التركيز العالي للجسيمات الصلبة والمعاجين والبوليمرات الترابطية مثل HASE وبوليمرات HEUR وغيرها من المواد التي تظهر سماكة القص. تعد المواد التي تُظهر تغليظ القص أقل شيوعًا في التطبيقات الصناعية من المواد التي تُظهر ترقق القص، ومع ذلك، حيثما واجهت تغليظ القص، يمكن أن تؤدي المواد إلى مشاكل معالجة شديدة. المواد التي تخضع لتغيرات في البنية المجهرية أو الاتجاه عند تطبيق القص، والتي تؤدي إلى زيادة مقاومة التدفق، سوف تميل إلى إظهار تغليظ القص.
بالنسبة للمعلقات، يحدث هذا بشكل عام في المواد التي تُظهر ترقق القص عند معدلات القص وضغوط القص المنخفضة. عند إجهاد القص الحرج أو معدل القص الحرج، يتعطل نظام التدفق المنظم المسؤول عن ترقق القص، ويمكن أن يحدث ما يسمى بتكوين "الكتلة المائية" أو "التشويش". وهذا يعطي استجابة عابرة تشبه الصلابة وزيادة في اللزوجة الملحوظة. كما يمكن أن تحدث سماكة القص أيضًا في البوليمرات، ولا سيما البوليمرات البرمائية، التي قد تنفتح وتتمدد عند معدلات القص العالية، مما يكشف أجزاء من السلسلة القادرة على تكوين ارتباطات عابرة بين الجزيئات.
من الناحية الرياضية، يمكن نمذجة سلوك التثخين بالقص باستخدام نموذج باورلو:
حيث
k هو الاتساق
n هو مؤشر قانون القوة
σ هو معدل القص،
-γ هو معدل القص.
مع وجود n أكبر من 1 لسوائل القص السميكة.
وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن أن يحدث انقلاب في اللزوجة عند معدلات القص العالية من خلال ظاهرة أخرى مثل اضطراب المائع. ومع ذلك، يميل هذا التأثير إلى الحدوث مع السوائل ذات اللزوجة المنخفضة ويمكن التنبؤ به من حسابات عدد رينولدز
تجريبي
- تم تقييم سلوك تغليظ القص لمزيج 75% وزن/وزن من نشا الذرة/معلق الماء بنسبة 75% من خلال إجراء جدول اختبار معدل القص وتحليل المنحنى الناتج عن طريق تركيب نموذج قانون القوة.
- أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus مع خرطوشة لوحة بلتيير ونظام قياس اللوحة المتوازية الخشنة، 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 إنشاء منحنى التدفق باستخدام جدول توازن لاختبار معدلات القص بين 0.1 و100 ثانية-1 ونموذج قانون قوة تم تركيبه على جزء محدد يدويًا من هذا المنحنى.
النتائج والمناقشة
يوضِّح الشكل 1 ملف تعريف معدل اللزوجة والقص لتشتت نشا الذرة. عند معدلات القص المنخفضة، تُظهر العينة سلوك ترقق القص؛ ومع ذلك، عند معدل القص الحرج الذي يبلغ حوالي 8 ث-1، يلاحظ حدوث انعطاف حاد في اللزوجة، وهو ما يميز سلوك التثخين بالقص. عند تركيب نموذج قانون القدرة على البيانات بين 0.15 ث-1 و6.5 ث-1، تكون القيمة المبلغ عنها لمؤشر قانون القدرة(n) 0.57، مما يؤكد سلوك ترقق القص(n <1). عند تركيب نفس النموذج على البيانات بين 10 ث - 1 و20 ث - 1، تكون قيمة n هي 3.01، مما يشير إلى ترقق القص بشكل كبير(n>1).
الخاتمة
أظهر خليط نشا الذرة والماء الذي تم اختباره سلوكًا قويًا في زيادة سماكة القص فوق 8 ث-1 كما أكد ذلك مؤشر قانون القوة(n) الذي أعطى قيمة 3 للبيانات بين 10 و20 ث-1.
يرجى ملاحظة...
يمكن أيضًا استخدام هندسة اللوح المخروطي أو الهندسة الأسطوانية. وينبغي النظر في استخدام هندسة السفع الرملي إذا كان من المحتمل أن تُظهر المادة تأثيرات انزلاق الجدار. تُعد الأشكال الهندسية الأكبر حجمًا مفيدة للقياسات عند عزم الدوران المنخفض، والتي من المرجح أن تصادفها عند معدلات القص والضغوط المنخفضة. يوصى أيضًا باستخدام مصيدة مذيب لهذه الاختبارات نظرًا لأن تبخر المذيب (مثل الماء) حول حواف نظام القياس