يعد التحليل الانسيابي للعينات جزءًا أساسيًا في تطوير العديد من أنواع المنتجات. على عكس مقياس اللزوجة، يمكن لمقياس الانسيابية قياس خصائص العينة في الواقع عند معدلات القص المنخفضة للغاية، كما هو الحال في الترسيب، أو معدلات القص العالية التي تظهر في الضخ والخلط والتطبيق، وبإجراء القياسات في نطاق القص الصحيح، يمكننا محاكاة عملية التدفق بشكل مناسب، وبالتالي التمييز بين المنتجات الجيدة والمنتجات الرديئة. كما يمكن لمقياس الانسيابية أيضًا تحديد تأثير إضافة كميات مختلفة من المادة المضافة، أو تغييرات العملية وبالتالي يمكن استخدامه لتحسين تركيبة المنتج وإنتاجه.
لا يقيس مقياس الريومتر لزوجة المنتج في درجة حرارة الغرفة فحسب، بل يمكن استخدامه أيضًا لتقييم اللزوجة أثناء درجة حرارة مبرمجة. ويمكن استخدام ذلك أيضًا مع البوليمرات لتقييم قابلية المعالجة ودرجات حرارة الانتقال الزجاجي. تكون النتائج دقيقة مع الحد الأدنى من الوقت المستغرق في الاختبار، حيث يمكن بدء التحليل المبرمج مسبقًا وتركه ليعمل دون مراقبة، أو حتى طوال الليل.
نظرة عامة على المنهجية
يمكن أن تستوعب مقاييس الانسيابية الدورانية العديد من أنظمة القياس المختلفة، على الرغم من أن أكثرها شيوعًا هي المخروط واللوحة، والألواح المتوازية، والأسطوانات المحورية والتركيبات الالتوائية. في حالة المخروط والصفيحة أو الألواح المتوازية، يتم تحميل العينة على صفيحة سفلية مسطحة يتم التحكم في درجة حرارتها ويتم إنزال مخروط علوي أو صفيحة مسطحة على العينة وضغطها في مساحة محددة. بعد تقليم العينة الزائدة، يتم بعد ذلك إما قص نظام القياس العلوي في اتجاه واحد (قياس اللزوجة) أو يتأرجح دورانيًا (التذبذب، كما هو موضح في الشكل 1 أدناه).
يمكن استخدام قياس اللزوجة للتحقق من إجهاد الخضوع، أي الإجهاد المطلوب لبدء تدفق العينة، أو محاكاة عملية القص، أو قياس ثبات القص أو تحليل كيفية تغير اللزوجة مع درجة الحرارة. عادةً ما تبحث اختبارات التذبذب في البنية اللزوجة المرنة للعينة دون تكسيرها. في البداية يتم إجراء عملية مسح للسعة لتحديد حجم التذبذب الذي يمكن أن تتحمله العينة قبل أن ينهار الهيكل، ويعرف هذا بالمنطقة اللزوجة المرنة الخطية. وبمجرد تحديد منطقة اللزوجة الخطية المرنة الخطية، يمكن إجراء مسح للتردد أو مسح زمني أو مسح لدرجة الحرارة للتحقق من كيفية تغير بنية اللزوجة المرنة واللزوجة في ظل الظروف الديناميكية.
باستخدام مقياس الانسياب الشعري في روزاند، يتم تحميل عينة في برميل أسطواني يتم ضبطه مسبقًا عند درجة حرارة الاختبار المطلوبة. بعد ذلك يتم استخدام مكبس يتم التحكم فيه بمحرك مؤازر لبثق مادة العينة من خلال قالب أسطواني أو فتحة مستطيلة في نهاية البرميل بسرعات مضبوطة للغاية (معدل التدفق الحجمي). تتم مراقبة وقياس انخفاض الضغط عبر القالب بشكل مستمر باستخدام محول ضغط موضوع فوق القالب مباشرةً. يظهر في الشكل 1 مقطع مقطوع في الشكل 1. يمكن لمقاييس الانسيابية الشعرية من Rosand أن تستوعب مجموعة واسعة من محولات الضغط والقوالب، مما يجعلها متعددة الاستخدامات لقياس مجموعة واسعة من أنواع العينات. يمكن أن تتراوح لزوجة العينة النموذجية من الحبر النفاث إلى عينات المطاط عالية الامتلاء وعالية المعامل. يتراوح نطاق درجة حرارة الأداة القياسية بشكل عام من درجة الحرارة المحيطة إلى 400 درجة مئوية (مع تبريد بالتبريد ودرجة حرارة قصوى 500 درجة مئوية كخيار اختياري).
يمكن استخدام مقاييس الانسيابية الشعرية لتوليد لزوجة القص واللزوجة التمددية وقياسات المرونة. كما توجد وحدات لاختبارات التدهور الحراري، واختبارات التدفق - عدم التدفق، واختبارات درجة حرارة الضغط والحجم (PVT)، واختبارات التفريغ (غزل الألياف)، واسترخاء الإجهاد، وتحليل انزلاق الجدار وغيرها.
توليد منحنى تدفق اللزوجة
تم تصميم اختبار القص الثابت للتحقق من العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص للمادة، حيث تكون لزوجة القص هي النسبة بين المعلمتين. ويتضمن روتين الاختبار الضبط المسبق لدرجة حرارة الاختبار، ثم تحميل العينة مع الدك الدوري لضمان ملء العينة بشكل منتظم لتقليل الفراغات وانحباس الهواء. ويتبع تحميل العينة مزيد من الضغط قبل الاختبار لضمان نزع الهواء من العينة قدر الإمكان وضغطها بالكامل. يتم اختيار سلسلة من سرعات المكبس المنفصلة (معدلات القص) عبر نطاق معدل القص محل الاهتمام ويتم بثق العينة حتى يتم اكتشاف توازن الضغط عند كل سرعة. تتم مراقبة الضغط أثناء الاختبار ويتم حساب إجهاد القص عند كل بيانات يتم جمعها. ولضمان الحصول على نتائج دقيقة لخصائص التدفق الحقيقي للعينة، يتوفر للمستخدم خيار تطبيق ما يصل إلى تصحيحين مرتبطين بأخطاء ضغط الدخول والتدفق غير النيوتوني.