Въведение
Много от потребителските продукти са опаковани в туби или бутилки, като нанасянето на продукта включва изпомпването му през дюза. Такива продукти обикновено са продукти, разреждащи се при срязване, при които вискозитетът спада по време на процеса на изтласкване поради нарастващата скорост на срязване, а след това се възстановява при излизане от дюзата с намаляване на скоростта на срязване. Скоростта на срязване, която се среща по време на този процес, е свързана с радиуса r на отвора и обемния дебит Q чрез следния израз:
Параметърът n е индексът на закона на силата, който е равен на единица за нютонова течност и между 0 и 1 за ненютонова течност. Тази стойност може лесно да бъде получена от изпитване с променлива скорост на срязване чрез напасване на модел на закона на силата към получените данни.
Чрез измерване на обемния дебит (обем, разпределен за определено време) и вътрешния радиус на отвора е възможно да се оцени скоростта на срязване, срещана по време на процеса на екструдиране. Тази стойност може да бъде използвана при изпитване на цикъла за скорост на срязване, при което скоростта на срязване се повишава от ниска стойност (преди екструдирането) до интересуващата ни скорост на срязване и обратно надолу. Такова изпитване позволява да се определи размерът на напрежението, необходимо за екструдиране, разпръскване или изливане на продукта, както и степента на възстановяване на вискозитета след този процес, което в крайна сметка определя дебелината на използвания продукт. Това може да се определи количествено чрез измерване на затворената площ между кривите нагоре и надолу.
Експериментален
- Свойствата на екструдиране на паста за зъби и лосион за тяло бяха оценени и сравнени при подходящи за процеса условия.
- Измерванията с ротационен реометър бяха направени с помощта на ротационен реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и система за измерване на грапави паралелни плочи1 и с помощта на 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.
- Всички реологични измервания са извършени при 25°C.
- Съответните скорости на срязване при екструдиране бяха изчислени автоматично като част от тестовата последователност, като се използваха въведените стойности на екструдирания обем, времето за екструдиране и радиуса на отвора. Тестът е програмиран да използва тази изчислена стойност като максимална скорост на срязване в "възходяща и низходяща" рампа на скоростта на срязване.
- Отчитат се измереното напрежение при изчислената скорост на срязване и площта между кривите "нагоре и надолу". Първото показва необходимото напрежение за екструдиране, а второто - степента на възстановяване на вискозитета (тиксотропия) след екструдиране.
Резултати и обсъждане
Автоматичният калкулатор определи, че скоростта на срязване е приблизително 2000 s-1 за лосиона за тяло и затова автоматично извърши увеличаване на скоростта на срязване между 0,1 s-1 и 2000 s-1 и обратно. Резултатите, показани на фигура 1, показват, че вискозитетът при представителната скорост на срязване е 0,143 Pas и изисква приложено напрежение на срязване (свързано с изстискване) от 274 Pa, за да се екструдира продуктът. Освен това анализът на площта дава стойност от само 18, което предполага, че продуктът ще възстанови бързо вискозитета си след екструдиране и следователно не е тиксотропен.
За пастата за зъби, показана на фигура 2, скоростта на срязване при екструдиране е изчислена на приблизително 33 s-1. Вискозитетът при представителната скорост на срязване е 19,73 Pas и би изисквал приложено напрежение на срязване от 643 Pa, за да се екструдира продуктът. Този материал изглежда е тиксотропен, тъй като площта между горната и долната крива има много по-висока стойност от 775. Лекият пик във вискозитета, наблюдаван в началото на изпитването и за двете проби, е резултат от еластична деформация при стартиране и би трябвало да се наблюдава и за двата продукта, тъй като и двата имат граница на провлачване [1].
Заключения
Стойността на скоростта на срязване, отнасяща се до екструдирането на крем за кожа от бутилка и паста за зъби от туба, беше изчислена и автоматично въведена в теста за скорост на срязване "нагоре и надолу". Резултатите показаха, че за изтласкването на кожния крем с желаната скорост е необходимо напрежение на срязване от 274 Pa, а за пастата за зъби - 643 Pa. Определянето на площта между кривите "нагоре" и "надолу" показа, че лосионът за тяло не е тиксотропен, докато пастата за зъби показва тиксотропно поведение.
Моля, обърнете внимание...
препоръчва се изпитването да се извършва с геометрия на конус и плоча или паралелна плоча, като последната се предпочита за дисперсии и емулсии с размери на частиците large. Такива типове материали могат да изискват използването на назъбена или грапава геометрия, за да се избегнат артефакти, свързани с приплъзване по повърхността на геометрията.