Въведение
Когато се правят реологични измервания на срязване на структурирани течности - по-специално суспензии, емулсии или пяна - има голяма вероятност измерването да бъде повлияно от явление, известно като "приплъзване на стената". Приплъзването на стената обикновено се дължи на локално изчерпване на дисперсната фаза в близост до геометричните стени, което ефективно образува смазочен слой на повърхността. Вследствие на това реологичните свойства на обема вече не се измерват точно, което води до подценяване на истинския вискозитет.
Подобен ефект може да се наблюдава при измерване на твърди материали, при които няма достатъчно триене между образеца и стената, за да се поддържа приложеното напрежение.
Приплъзването на стената може да бъде неутрализирано по няколко начина при изпитване с ротационен реометър, най-вече чрез използване на грапави или назъбени геометрични форми, които ефективно пренасят движението на геометрията в по-голямата част на пробата и по този начин увеличават максимално контакта проба-проба за сметка на взаимодействието проба-стена. При системите с чашка и боб могат да се използват също така лопатки и шлицови геометрии.
На фигура 2 е показана последицата от приплъзването на концентрирана суспензия от частици, измерена с помощта на гладки успоредни плочи. Очевидното "кучешко краче" в кривата на потока е позната характеристика на приплъзването на стената, която в този случай може да бъде до голяма степен елиминирана чрез използването на назъбени пластини.
При по-незабележими прояви на приплъзване на стените не е толкова лесно да се потвърди наличието му, освен ако не се направят измервания с гладки и назъбени или грапави плочи, въпреки че в много случаи потребителят може да не разполага с двата типа геометрия за такова сравнение.
В такива случаи доказателство за приплъзване може да се получи чрез извършване на контролирани измервания на напрежението при различни пропуски. Ако има приплъзване, скоростта на приплъзване Vs ще зависи само от приложеното напрежение на срязване σ, но не и от междината. За разлика от това, разликата в скоростта през пробата, която се използва за изчисляване на скоростта на срязване, ще зависи както от разстоянието, така и от напрежението на срязване. По този начин, като се променя разстоянието h и се поддържа постоянно напрежение σ, е възможно да се определи скоростта на приплъзване и истинската скорост на срязване, като се използва уравнение 1.
V е скоростта на горната плоча
-γapp е измерената скорост на срязване
-γ е истинската скорост на срязване
Това се прави, като измерената скорост -γapp се съпостави с 1/h, в резултат на което се получава права линия с наклон 2Vs и пресечна точка γ-.
В някои случаи са наблюдавани отрицателни стойности на истинската скорост на срязване, които се дължат на грешки при натоварването, точност на разстоянието и зависими от разстоянието свойства на материала. Следователно е за предпочитане да се работи с по-големи разстояния, където подобни грешки ще бъдат сведени до минимум.
Експериментален
- В този експеримент бяха оценени лосион за тяло и душ гел, за да се определи степента на приплъзване на стените по време на реологично измерване.
- Измерванията с ротационен реометър са извършени с помощта на ротационен реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и измервателна система с грапава паралелна плоча1 и с помощта на стандартни предварително конфигурирани последователности в софтуера rSpace.
- Използвана е стандартна последователност на натоварване, за да се гарантира, че и двете проби са подложени на последователен и контролируем протокол на натоварване.
- Всички реологични измервания са извършени при 25°C.
- Предварително конфигурираната последователност позволяваше измерванията да се извършват последователно при различни разстояния между 1,2 и 0,9 mm, като се използва постоянно приложено напрежение от 50 Pa за крема за кожа и 10 Pa за душ гела.
- След това измерената скорост на срязване се нанася автоматично върху обратната разлика и се съставя линеен регресионен модел. Скоростта на приплъзване и истинската скорост на срязване се изчисляват съответно от градиента и пресечната точка.
Резултати и обсъждане
На фигура 3 са показани графики на вискозитета на срязване в зависимост от разстоянието. Докато душ гелът показва относително постоянен вискозитет при всяка междина, кремът за кожа показва лек градиент с по-нисък вискозитет, отчетен при по-малки междини, което може да се отдаде на приплъзване на стените. За да се оцени скоростта на приплъзване, измерената скорост на срязване се нанася върху обратната междина в съответствие с уравнение 1. Към данните е приложен линеен модел (y = mx+ c), като градиентът на кривата е равен на 2Vs, а пресечната точка е равна на истинската скорост на срязване.
За кожния крем скоростта на плъзгане е оценена на 1,3 mm/s, а истинската скорост на срязване - на 1,016 s-1. Това е доста по-ниско от измерените (видими) стойности на скоростта на срязване между 3 и 4 s-1, което предполага значителна степен на приплъзване на стените. Следователно за бъдещи изпитвания би било препоръчително да се използват грапави или назъбени плочи за този конкретен образец.
За душ-гела скоростта на приплъзване е оценена на едва 0,08 mm/s с истинска скорост на срязване от 0,68 s-1 в сравнение с видимата стойност от приблизително 0,76 s-1. Тази разлика е в рамките на вероятната грешка, свързана с изпитването, и следователно може да се счита, че душ гелът не показва приплъзване при тези условия на измерване.
Заключение
Душ гел и крем за кожа бяха тествани при различни пропуски, за да се оцени скоростта на приплъзване на границата между стената и пробата. При крема за кожа се наблюдава значително приплъзване по стената, докато при душ гела то е незначително. Следователно това изпитване може да се използва за оценка на степента на приплъзване за конкретен материал и условия на изпитване и да покаже дали е необходимо използването на грапави или профилирани геометрии.
Моля, обърнете внимание...
че е необходимо да се проведе изпитване с комбинация от геометрия на гладка успоредна плоча.