Въведение
Много сложни флуиди, като например мрежообразуващи полимери, мезофази на повърхностноактивни вещества и концентрирани емулсии, не текат, докато приложеното напрежение не надвиши определена критична стойност, известна като граница на провлачане. Материалите, които проявяват това поведение, се наричат материали с поведение на течливост. Следователно границата на течливост се определя като напрежението, което трябва да се приложи към образеца, преди той да започне да тече. Под границата на провлачване образецът се деформира еластично (като разтягане на пружина), а над границата на провлачване образецът тече като течност.
Повечето флуиди с напрежение на провлачане могат да се разглеждат като структурен скелет, който се простира върху целия обем на системата. Здравината на скелета се определя от структурата на дисперсната фаза и нейните взаимодействия. Обикновено непрекъснатата фаза е с нисък вискозитет, но високите обемни фракции на дисперсната фаза могат да увеличат вискозитета хиляди пъти и да предизвикат твърдотелно поведение в покой. Когато сложен флуид, който проявява поведение на течливост, се срязва при ниски скорости на срязване, в диапазона между 0,01 и 0,1 s-1 и под критичната му деформация, системата се подлага на втвърдяване. Това е характерно за твърдотелното поведение и е резултат от разтягането на еластичните елементи в полето на срязване. Когато такива еластични елементи се приближат до критичната си деформация, структурата започва да се разрушава, което води до изтъняване при срязване (омекотяване на деформацията) и последващо протичане. Напрежението, при което настъпва това катастрофално разрушаване на структурния скелет, е границата на провлачване.
Съществуват редица експериментални тестове за определяне на границата на провлачване. Често се използва рампа за измерване на напрежението на срязване, тъй като това е лесно и бързо средство за определяне на границата на провлачване, но по-точен метод е да се извършат серия от изпитвания на пълзене и да се търсят промени в наклона на кривата на съответствието спрямо времето [1].
В зависимост от естеството на изпитвания материал реакцията на пълзене може да бъде доста различна, както е показано на фигура 1.
Тъй като действителната промяна на деформацията зависи от приложеното напрежение, обикновено се говори за подчинение, а не за деформация. Съпротивлението на срязване при пълзене (J) може да се определи от предварително зададеното напрежение на срязване (σ) и получената деформация (γ) чрез:
С помощта на това понятие кривите на пълзене, генерирани при използване на различни напрежения, могат да се сравняват директно. Всички криви J(t) се припокриват една с друга независимо от приложеното напрежение, стига то да е в рамките на линейната вискоеластична област. Когато този критерий вече не е изпълнен, се счита, че материалът е поддал. Това е илюстрирано на фигура 2, от която може да се заключи за изпитвания образец, че границата на провлачване е между 3 и 4 Pa, тъй като при 4 Pa кривата вече не следва същия профил. Тази бележка за приложение показва методологията и данните от многократното изпитване на пълзене за овлажняващ лосион.
Експериментален
- Като проба за оценка е използван овлажняващ лосион от търговската мрежа.
- Измерванията с ротационен реометър бяха извършени с реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и система за измерване на конуси и плочи2, като бяха използвани стандартни предварително конфигурирани последователности в софтуера rSpace.
- Използвана е стандартна последователност на зареждане, за да се гарантира, че пробата е подложена на последователен и контролируем протокол на зареждане.
- Бяха проведени серия от тестове за пълзене при седем различни приложени напрежения между 30 Pa и 66 Pa.
- Всяко изпитване на пълзене е било спирано след определено време (120 s), а впоследствие между изпитванията на пълзене е било извършено изпитване за възстановяване с еднакво време.
- Всички реологични измервания са извършени при 25 °C, освен ако не е изрично посочено.
Резултати и обсъждане
Фигура 3 сравнява съответствието на пълзене (J) с времето при всичките седем напрежения. Под 42 Pa кривите на съответствието се наслагват една върху друга и не се наблюдава увеличаване на съответствието с времето, което предполага, че под това напрежение не се наблюдава течение, т.е. материалът се държи като вискоеластично твърдо тяло.
При 48 Pa се наблюдава забележима промяна в градиента, което показва поведение, зависещо от времето, и следователно вискозно течение. Това може би е по-ясно показано на фигура 4, която показва крайното съответствие при всяко напрежение след 120-секундното изпитване на пълзене. От последната графика може да се заключи, че емулсионният продукт има граница на провлачване между 42 и 48 Pa.
За да се постигне по-точна оценка на границата на провлачване, ще бъде необходимо да се повтори изпитването с small постепенно увеличаване на напрежението между тези две стойности и да се оцени по подобен начин.
Заключение
За тествания овлажняващ лосион максималното напрежение, при което съответствието е в рамките на линейната вискоеластична област, е 42 Pa, докато при 48 Pa се превишава границата на провлачване. Следователно границата на провлачване има стойност между 42 Pa и 48 Pa. За по-точна стойност на границата на провлачване за този материал са необходими допълнителни итерации на изпитването в този тесен диапазон на напрежение. Многократното изпитване на пълзене за определяне на границата на провлачване е точен метод, но може да изисква многобройни итерации и правилна интерпретация от потребителя.
Моля, обърнете внимание на ...
че може да се използва и геометрия с паралелна плоча, като тази геометрия е предпочитана за дисперсии и емулсии с размери на частиците large. Такива типове материали могат да изискват също така използването на назъбени или грапави геометрии, за да се избегнат артефакти, свързани с приплъзване по повърхността на геометрията.