Úvod
Mnoho spotřebních výrobků je baleno v tubách nebo lahvích, kde aplikace výrobku spočívá v čerpání výrobku přes trysku. Takové výrobky jsou obvykle smykově řídké, u nichž viskozita během vytlačování klesá v důsledku zvyšující se smykové rychlosti a poté se obnovuje při výstupu z trysky, když se smyková rychlost snižuje. Smyková rychlost, která se vyskytuje během tohoto procesu, souvisí s poloměrem r trysky a objemovým průtokem Q podle následujícího výrazu:
Parametr n je index mocninného zákona, který je pro newtonovskou kapalinu roven jedné a pro nenewtonovskou kapalinu se pohybuje v rozmezí 0-1. Tuto hodnotu lze snadno získat ze zkoušky s proměnnou smykovou rychlostí dosazením modelu mocninného zákona na výsledná data.
Měřením objemového průtoku (objem vydaný za daný čas) a vnitřního poloměru otvoru je možné odhadnout smykovou rychlost, která se vyskytuje během procesu vytlačování. Tuto hodnotu lze pak použít při zkoušce smykové rychlosti, která zvyšuje smykovou rychlost z nízké hodnoty (před vytlačováním) na požadovanou smykovou rychlost a zpět. Taková zkouška umožňuje určit velikost napětí potřebného k vytlačování, stříkání nebo nalévání výrobku a rozsah obnovení viskozity po tomto procesu, což nakonec určí tloušťku používaného výrobku. To lze kvantifikovat měřením uzavřené plochy mezi křivkami nahoru a dolů.
Experimentální
- Byly vyhodnoceny a porovnány vytlačovací vlastnosti zubní pasty a tělového mléka za podmínek relevantních pro proces.
- Měření rotačním reometrem byla prováděna pomocí rotačního reometru Kinexus s kazetou s Peltierovou deskou a zdrsněným paralelním měřicím systémem1 a za použití standardních předkonfigurovaných sekvencí v softwaru rSpace.
- Byla použita standardní sekvence zatěžování, aby se zajistilo, že vzorek bude podroben konzistentnímu a kontrolovatelnému protokolu zatěžování.
- Všechna reologická měření byla prováděna při teplotě 25 °C.
- Příslušné smykové rychlosti vytlačování byly automaticky vypočteny jako součást zkušební sekvence na základě zadaných hodnot vytlačovaného objemu, doby vytlačování a poloměru clony. Zkouška byla naprogramována tak, aby se tato vypočtená hodnota použila jako maximální smyková rychlost v náběhu smykové rychlosti "nahoru a dolů".
- Bylo zaznamenáno naměřené napětí při vypočtené smykové rychlosti a plocha mezi křivkami ´nahoru a dolů´. První z nich vyjadřuje potřebu napětí pro vytlačování a druhá rozsah obnovení viskozity (TixotropieU většiny kapalin je smykové zřeďování vratné a kapaliny v určitém okamžiku získají původní viskozitu, když se odstraní smyková síla.tixotropie) po vytlačování.
Výsledky a diskuse
Automatický kalkulátor určil, že smyková rychlost je pro tělové mléko přibližně 2000 s-1, a proto automaticky provedl náběh smykové rychlosti v rozmezí 0,1 s-1 až 2000 s-1 a zpět. Výsledky uvedené na obrázku 1 ukazují, že viskozita při reprezentativní smykové rychlosti je 0,143 Pas a k vytlačení výrobku by bylo zapotřebí aplikovaného smykového napětí (spojeného se stlačením) 274 Pa. Plošná analýza navíc poskytuje hodnotu pouhých 18, což naznačuje, že výrobek by po vytlačení rychle obnovil svou viskozitu, a je tedy netixotropní.
Pro zubní pastu uvedenou na obrázku 2 byla vypočtena smyková rychlost vytlačování přibližně 33 s-1. Viskozita při reprezentativní smykové rychlosti je 19,73 Pas a k vytlačení výrobku by bylo zapotřebí smykového napětí 643 Pa. Tento materiál se zdá být tixotropní, protože plocha mezi horní a dolní křivkou má mnohem vyšší hodnotu 775. Mírný vrchol viskozity pozorovaný na začátku zkoušky u obou vzorků je důsledkem pružné deformace při rozběhu a dal by se očekávat u obou těchto výrobků, protože oba mají meze kluzu [1].
Závěry
Hodnota smykové rychlosti vztahující se k vytlačování pleťového krému z lahvičky a zubní pasty z tuby byla vypočtena a automaticky zadána do testu smykové rychlosti ´nahoru a dolů´. Výsledky ukázaly, že k vytlačování pleťového krému požadovanou rychlostí je zapotřebí smykové napětí 274 Pa a u zubní pasty 643 Pa. Stanovení plochy mezi křivkami nahoru a dolů ukázalo, že tělový krém nebyl tixotropní, zatímco zubní pasta vykazovala tixotropní chování.
Vezměte prosím na vědomí, že...
že se doporučuje provádět zkoušky s kuželovou a deskovou nebo paralelní deskovou geometrií - 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 prokluzem na povrchu geometrie.