Úvod
Pro rotační měření se upřednostňují geometrie vytvářející rovnoměrný profil smykové rychlosti, jako jsou kuželové/deskové a válcové systémy, protože vedou k absolutním hodnotám smykové viskozity. Smyková rychlost a smykové napětí působící na vzorek jsou jasně definovány pomocí měřicí mezery s posunem, resp. krouticím momentem.
Takovou geometrií však nelze měřit širokou škálu materiálů, například pokud dochází k sedimentaci nebo pokud vzorek obsahuje částice o velikosti large. V těchto případech je stále možné stanovit viskozitu pomocí "relativní" geometrie, která je takto nazývána proto, že profil smykové rychlosti není zcela rovnoměrný.
Obrázek 1 ukazuje jednu z těchto geometrií. Dvojitá orbitální koule byla vyvinuta pro měření stavebních materiálů, které často obsahují částice large.
Měření provedená na dvou vzorcích pomocí dvojité orbitální koule a stejného zařízení lze vzájemně porovnávat. Je však třeba mít na paměti, že nejsou stoprocentně správná vzhledem k nerovnoměrně působícímu smykovému poli.
V následující diskusi je porovnáno měření provedené s absolutní geometrií s měřením provedeným s dvojitou orbitální koulí.
Parametry měření
Měření rotace (viskozity) bylo provedeno na nástěnné barvě pomocí dvojité orbitální koule (relativní geometrie) a systému kužel/deska (absolutní geometrie).
Podmínky použité pro zkoušky jsou shrnuty v tabulce 1.
U všech reometrů se geometrické konstanty používají jako přepočítávací koeficienty, přičemž se berou parametry přístroje, jako je krouticí moment a posunutí, a převádějí se na napětí a smykovou rychlost. Pro kužel a desku jsou tyto konstanty dobře definovány1. Pro relativní geometrii, jako je například dvojitá orbitální koule, se používá alternativní postup2, který umožňuje dosáhnout blízké shody s absolutní geometrií.
1 Macosko CW: Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH: Simple method for determining stress and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Tabulka 1: Zkušební podmínky
| Ukázka | Barva na zeď | |
| Zařízení | Kinexus ultra + | |
| Geometrie | Absolutní: CP1/40 (kuželová deska, průměr: 40 mm, úhel kužele: 1°) | Twin Orbital Ball |
| Mezera | 26 μm | 1 mm (Vzdálenost mezi kuličkami a dnem misky) |
| Smyková rychlost | 0.1 až 100 s-1 | |
Výsledky měření
Na obrázku 2 jsou zobrazeny výsledné křivky obou měření při měření viskozimetrie v ustáleném stavu v rozmezí 0,1 až 100 s-1.
Křivky ukazují dobrou shodu mezi hodnotami smykové viskozity získanými pomocí dvojité orbitální koule a hodnotami vyplývajícími z měření pomocí systému kužel/deska v průběhu tří dekád smykové rychlosti.
Závěr
Absolutní geometrie, jako je geometrie kužel/deska, je první volbou pro získání hodnot smykové viskozity. Pokud je však vzorek velmi nestabilní, tj. dochází k sedimentaci nebo separaci, nebo pokud vzorek obsahuje částice large, absolutní geometrie není vhodná, protože hodnoty smykové viskozity nejsou reprezentativní. Dvojitá orbitální koule poskytuje při reologickém testování konzistentnější a reprezentativnější informace o viskozitě vzorku. V tomto příkladu bylo prokázáno, že měření s geometrií dvojité orbitální koule poskytují reprezentativní hodnoty smykové viskozity materiálu.