Reologická analýza vzorků je základní součástí vývoje mnoha typů výrobků. Na rozdíl od viskozimetru může reometr skutečně měřit vlastnosti vzorku při extrémně nízkých smykových rychlostech, jako je tomu při sedimentaci, nebo při vysokých smykových rychlostech, které se vyskytují při čerpání, míchání a nanášení, a měřením ve správném rozsahu smykových rychlostí můžeme adekvátně simulovat proces toku a odlišit tak dobré výrobky od špatných. Reometrem lze také určit účinek přidání různého množství přísady nebo změny procesu, a tak jej využít k optimalizaci složení a výroby výrobku.
Reometr měří nejen viskozitu výrobku při pokojové teplotě, ale lze jej použít i k vyhodnocení viskozity během naprogramovaného teplotního profilu. Lze jej také použít u polymerů k vyhodnocení zpracovatelnosti a teplot skelného přechodu. Výsledky jsou přesné při minimálním čase stráveném testováním, protože předem naprogramovanou analýzu lze spustit a nechat běžet bez dozoru, nebo dokonce přes noc.
Přehled metodiky
Rotační reometry mohou využívat mnoho různých měřicích systémů, nejběžnější jsou však kužel a deska, paralelní desky, koaxiální válce a torzní přípravky. V případě kuželu a desky nebo paralelních desek se vzorek vloží na spodní plochou desku s řízenou teplotou a horní kužel nebo plochá deska se spustí na vzorek a stlačí jej do vymezeného prostoru. Po odříznutí přebytečného vzorku se pak horní měřicí systém buď střihá v jednom směru (viskozimetrie), nebo rotačně kmitá (oscilace, jak je znázorněno na obrázku 1 níže).
Viskozimetrii lze použít ke zkoumání meze kluzu, tj. napětí potřebného k zahájení toku vzorku, k simulaci procesu stříhání, k měření stability ve smyku nebo k analýze změn viskozity v závislosti na teplotě. Oscilační zkoušky obvykle zkoumají viskoelastickou strukturu vzorku bez jeho rozrušení. Zpočátku se provede amplitudový rozptyl, aby se určilo, jakou large oscilaci může vzorek vydržet, než se struktura rozpadne, což je známé jako Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti. lineární viskoelastická oblast. Po určení lineární viskoelastické oblasti lze provést frekvenční, časové nebo teplotní měření, aby se zjistilo, jak se viskoelastická struktura a viskozita mění za dynamických podmínek.
Kapilární reometr Rosand vkládá vzorek do válcového barelu, který je předem nastaven na požadovanou zkušební teplotu. Servopohonem řízený píst pak vytlačuje materiál vzorku přes válcovou nebo obdélníkovou štěrbinovou matrici umístěnou na konci válce velmi kontrolovanou řadou rychlostí (objemový průtok). Tlaková ztráta na matrici je nepřetržitě monitorována a měřena snímačem tlaku umístěným těsně nad matricí. Výřez je znázorněn na obrázku 1. Kapilární reometry Rosand mohou být vybaveny širokou škálou snímačů tlaku a matric, což je činí univerzálními pro měření širokého spektra typů vzorků. Typická viskozita vzorků může být od inkoustového inkoustu až po vysoce plněné vzorky pryže s vysokým modulem. Standardní teplotní rozsah přístroje je obecně od okolní teploty do 400 °C (s kryogenním chlazením a maximální teplotou 500 °C jako volitelnou možností s).
Kapilární reometry lze použít pro generování smykové viskozity, roztažné viskozity a měření elasticity. K dispozici jsou také moduly pro zkoušky tepelné degradace, zkoušky průtoku - neprůtoku, tlakově-objemové teplotní zkoušky (PVT), odtahování (spřádání vláken), relaxaci napětí, analýzu skluzu stěn a další.
Generování viskozitní křivky proudění
Zkouška konstantním smykem je určena ke zkoumání vztahu mezi smykovým napětím a smykovou rychlostí materiálu, přičemž smyková viskozita je poměrem obou parametrů. Zkušební postup zahrnuje předběžné nastavení zkušební teploty a následné zatížení vzorku s pravidelným podbíjením, aby se zajistilo rovnoměrné naplnění a omezily se dutiny a zachycení vzduchu. Po zatížení vzorku následuje další stlačování před zkouškou, aby se zajistilo co největší odvzdušnění a úplné zhutnění vzorku. Zvolí se řada diskrétních rychlostí pístu (smykových rychlostí) v celém zájmovém rozsahu smykových rychlostí a vzorek se vytlačuje, dokud se při každé rychlosti nezjistí tlaková rovnováha. Během zkoušky se sleduje tlak a vypočítává se smykové napětí při každém shromážděném údaji. Pro zajištění přesných výsledků skutečných tokových vlastností vzorku má uživatel možnost použít až dvě korekce spojené s chybami vstupního tlaku a nenewtonského proudění.