Stanovení meze kluzu složitých kapalin zkouškou růstu napětí na rotačním reometru - tělové mléko

Úvod

Mnoho složitých kapalin, jako jsou síťotvorné polymery, povrchově aktivní mezofáze a koncentrované emulze, neteče, dokud působící napětí nepřekročí určitou kritickou hodnotu, známou jako Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu. O materiálech, které vykazují toto chování, se říká, že vykazují chování při tečení. Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.Mez kluzu je tedy definována jako napětí, které musí být na vzorek aplikováno, než začne téct. Pod mezí kluzu se vzorek pružně deformuje (jako při natažení pružiny), nad mezí kluzu vzorek teče jako kapalina.

Většinu kapalin s mezí kluzu lze považovat za strukturní kostru, která se rozprostírá v celém objemu systému. Pevnost kostry se řídí strukturou disperzní fáze a jejími interakcemi. Za normálních okolností má kontinuální fáze nízkou viskozitu, avšak vysoké objemové podíly dispergované fáze mohou viskozitu tisícinásobně zvýšit a vyvolat chování podobné pevným látkám v klidu.

Když se komplexní kapalina, která vykazuje chování při tečení, střihá při nízkých smykových rychlostech v rozmezí 0,01-0,1 ^s-1 a pod svou kritickou deformaci, systém podléhá pracovnímu zpevnění. To je charakteristické pro chování podobné pevným látkám a je důsledkem protažení pružných prvků ve smykovém poli. Když se takové pružné prvky přiblíží ke své kritické deformaci, struktura se začne rozpadat, což způsobí smykové ztenčení (deformační změkčení) a následný tok. To se shoduje s vrcholovou hodnotou smykového napětí, která je rovna meze kluzu. To je znázorněno na obrázku 1.

Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.Mez kluzu je definována jako napětí, které musí na vzorek působit, než začne téct.

Obvykle se při těchto zkouškách používá nízká smyková rychlost, aby se zohlednily časové relaxační vlastnosti materiálu, ačkoli v závislosti na zájmové aplikaci lze použít různé smykové rychlosti. Rychlé procesy, jako je dávkování, probíhají v krátkých časových úsecích, což odpovídá vyšším smykovým rychlostem, zatímco stabilita vůči sedimentaci/krémování probíhá v delších časových úsecích a lépe se hodnotí při nižších smykových rychlostech. Protože Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu je obecně vlastnost závislá na čase, mohou se naměřené hodnoty lišit. Při takové zkoušce se však běžně používá smyková rychlost 0,01 ^s-1 a bylo zjištěno, že poskytuje dobrou shodu s jinými metodami měření meze kluzu, jako je například zkouška tečení [1].

Tato aplikační poznámka uvádí metodiku a údaje ze zkoušky růstu napětí pro tělové mléko.

Experimentální

• Pro analýzu byl vybrán komerční výrobek tělové mléko.
• Rotační reometrická měření byla prováděna pomocí reometru Kinexus s Peltierovou deskovou kazetou a 40mm zdrsněným paralelním měřicím systémem (aby se zabránilo prokluzu vzorku na geometrických plochách⁾² a s využitím standardních předkonfigurovaných sekvencí v softwaru rSpace.
• Poloha smyku pro geometrii paralelní desky byla v softwaru rSpace nastavena na 100 % (s využitím databáze geometrie), aby bylo možné měřit napětí na počátku kluzu.
• Byla použita standardní sekvence zatěžování, aby se zajistilo, že vzorek bude podroben konzistentnímu a kontrolovatelnému protokolu zatěžování.
• Byla provedena jediná zkouška smykovou rychlostí 0,01 ^s-1 a byl změřen vývoj napětí v závislosti na čase.
• Data byla analyzována pomocí analýzy vrcholů za účelem stanovení meze kluzu.
• Všechna reologická měření byla prováděna při teplotě 25 °C.

Výsledky a diskuse

Na obrázku 2 je znázorněna křivka závislosti napětí na čase pro vzorek tělového mléka. Napětí původně narůstá s rostoucí deformací a dosahuje maximální hodnoty při kritické deformaci, která se rovná mezeře kluzu.

Tabulka 1: Výsledky vrcholové analýzy z křivky vývoje napětí pro vzorek tělového mléka

Tato hodnota píku se určí automaticky z analýzy píku a je zpětně hlášena v softwaru rSpace v tabulkové formě, jak je uvedeno v tabulce 1. Uváděná hodnota meze kluzu pro toto tělové mléko je 75,4 Pa a bylo zjištěno, že k ní dochází při deformaci přibližně 0,5 (50 %).

Jak bylo uvedeno v úvodu, u některých materiálů může být naměřená Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu závislá na rychlosti smyku, zejména pokud s časem dochází k výrazné strukturní relaxaci. V těchto případech bude vyšší Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu pozorována při vyšších rychlostech smyku, protože na relaxaci struktury je méně času.

Například stejná zkouška růstu napětí provedená na stejném tělovém mléku při smykové rychlosti 0,1 ^s-1 namísto 0,01 ^s-1 poskytla Mez kluzuMez kluzu je definována jako napětí, pod nímž nedochází k toku; v klidu se chová doslova jako slabá pevná látka a při poddajnosti jako kapalina.mez kluzu 82 Pa.

Závěr

Růst napětí je rychlý a přesný test pro stanovení meze kluzu materiálu. Pro srovnávací zkoušku je však důležité použít konstantní rychlost smyku, protože různé rychlosti smyku mohou poskytnout různé výsledky v závislosti na relaxačním chování zkoušeného materiálu.

Vezměte prosím na vědomí, že ...

že testování lze provádět pomocí kuželové a deskové nebo paralelní deskové geometrie - přičemž druhá jmenovaná geometrie se upřednostňuje pro disperze a emulze s velikostí částic large. Tyto typy materiálů mohou také vyžadovat použití vroubkované nebo zdrsněné geometrie, aby se zabránilo artefaktům souvisejícím s prokluzováním na povrchu geometrie.