Въведение
Маслото е многофазна емулсия, състояща се от мастни глобули, кристална мазнина и водна фаза, диспергирани в непрекъсната маслена фаза. Наред с вкуса, най-важните свойства на маслото от гледна точка на възприемането му от клиентите са текстурата, външният вид и способността за мазане. Твърдостта и размазваемостта са в обратна зависимост една от друга и също така са двете най-често измервани свойства на маслото (Wright 2001). Известно е, че и двете зависят в голяма степен от температурата, но също така се влияят от скоростта на охлаждане след разтопяването и от регионалните или сезонните разлики, причинени от храненето на кравите (Prentice 1972).
Реологията може да бъде полезен инструмент за характеризиране и оптимизиране на текстурните свойства на маслото. Модулът на срязване е свързан с твърдостта на продукта, която може да бъде измерена като функция на температурата с помощта на осцилационно изпитване, а границата на пластичност представлява напрежението, което трябва да се преодолее, за да може маслото да се деформира пластично, т.е. да се разтече. Съвременните реометри, като например ротационният реометър Kinexus, разполагат и с разширени аксиални възможности, които могат да бъдат полезни за изследване на други характеристики на маслото, като твърдост (свиваемост) и лепкавост (прилепване).
Тази приложна бележка показва как реологията може да се използва за сравняване на характеристиките на топене и разнасяне на два търговски продукта - нормално масло и масло за разнасяне. Нормалното масло е направено само от млечна мазнина, докато маслото за мазане съдържа определен процент растително масло, за да се намали температурата на топене и твърдостта на материала, когато се извади от хладилника.
Експериментален
- Двата образеца на масло бяха оценени в температурния диапазон от 4°C до 35°C чрез small амплитудно осцилационно изпитване и аксиално изпитване.
- Измерванията са направени с реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и измервателна система с грапави плочи и с използване на предварително конфигурирани последователности в софтуера rSpace.
- Използвана е стандартна последователност на натоварване, за да се гарантира, че пробите са подложени на последователна термична история и протокол за натоварване.
- Извършено е едночестотно изпитване на температурна рампа с контрол на деформацията между 4 °C и 35 °C със скорост 2 °C/min, като се използва деформация в рамките на линейната вискоеластична област (LVR).
- Цикълът на аксиално свиване и декомпресиране е извършен при 4°C върху 1 mm от свежата проба и е измерена нормалната силова реакция за определяне на твърдостта и сцеплението.
Констатации и обсъждане
Осцилаторно изпитване
Small амплитудно осцилационното изпитване е неразрушаващо изпитване и следователно може да покаже промените, настъпващи в сложната микроструктура с времето или температурата, без да я разрушава. Обикновено измерваните параметри са G' - модулът на еластичност (съхранение) и G" - модулът на вискозитет (загуби). Те съответстват на твърдостта съответно на твърдоподобните и течноподобните компоненти на образеца, като общата твърдост се определя от комплексния модул G* = √(G'2 + G "2).
Фазовият ъгъл (δ) е мярка за фазовата разлика между приложената деформация и измереното напрежение и може да се използва за количествена оценка на структурата по отношение на нейните вискозноеластични характеристики. Течноподобен материал ще има фазов ъгъл, по-голям от 45° (90° = напълно течно), а твърдоподобен материал ще има фазов ъгъл, по-малък от 45° (0° = напълно твърдо).
На фигура 1 са показани резултатите от едночестотната осцилационна температурна рампа, извършена върху двете проби от масло. При 4°С нормалното масло е с един порядък по-твърдо от маслото за мазане по отношение на G'. Това дава първата индикация защо маслото за мазане може да се използва направо от хладилника, тъй като по-ниските стойности на G' би трябвало да съответстват на по-ниска граница на провлачане. И двата фазови ъгъла са много ниски (по-малко от 10°), което показва, че пробите са много твърди, когато се съхраняват в хладилник, като маслото за мазане е малко по-еластично.
С повишаване на температурата стойностите на модула намаляват, което показва омекотяване на структурата, свързано предимно с топенето на кристалната млечна мазнина. Този спад е най-значителен за нормалното масло, като G' спада с около 10 MPa между 4°C и 20°C в сравнение с 0,5 MPa за маслото за мазане. Този преход на топене също така съответства на пик във фазовия ъгъл, който е най-изразен за пробата от нормално масло и настъпва при малко по-висока температура в сравнение с варианта за намазване.
Аксиално изпитване
Второто изпитване, извършено върху образците от масло, е изпитване на аксиално свиване и декомпресия, както е показано на фигура 2. То включваше притискане на образеца между две плочи и след това разделяне на плочите, като непрекъснато се записва нормалната реакция на силата. Етапът на компресия съответства на поддаването и деформацията на пробата и следва да бъде свързан с твърдостта на маслото и лесното му разнасяне. Етапът на декомпресия съответства на лепкавостта или прилепването и следва да показва тенденцията маслото да залепва за ножа по време на мазане.
На фигура 3 са показани профилите на нормалната сила за двата образеца масло в отговор на осовата деформация. За компресиране на нормалното масло с 1 mm е необходима сила от 30 N, докато за маслото за мазане е необходима сила от само 6 N. Това показва, че маслото за мазане се поддава и деформира много по-лесно (то е по-малко твърдо), отколкото нормалното масло, както може да се очаква. При декомпресия нормалното масло генерира максимална сила на опън от -10 N, като при маслото за мазане не се наблюдава рязък пик. Това показва, че нормалното масло би имало по-голяма склонност да залепва за ножа по време на мазане.
Заключения
Реометърът може да се използва за провеждане на редица различни измервания за характеризиране и сравняване на различни масла по отношение на тяхната микроструктура, текстура и лекота на разнасяне. Те включват едночестотни осцилационни тестове за изследване на промените в твърдостта и вискоеластичността в зависимост от температурата и аксиални тестове за оценка на твърдостта и лепкавостта по време на употреба.