Introduktion
Mange komplekse væsker, som f.eks. netværksdannende polymerer, mesofaser af overfladeaktive stoffer og koncentrerede emulsioner, flyder ikke, før den påførte spænding overstiger en bestemt kritisk værdi, kendt som flydespændingen. Materialer, der udviser denne adfærd, siges at udvise flydespændingsadfærd. Flydespændingen er derfor defineret som den spænding, der skal påføres prøven, før den begynder at flyde. Under flydespændingen vil prøven deformeres elastisk (som at strække en fjeder), over flydespændingen vil prøven flyde som en væske.
De fleste væsker med FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding kan betragtes som et strukturelt skelet, der strækker sig over hele systemets volumen. Skelettets styrke styres af strukturen i den dispergerede fase og dens interaktioner. Normalt har den kontinuerlige fase lav viskositet, men høje volumenfraktioner af en dispergeret fase kan øge viskositeten tusind gange og fremkalde en faststoflignende opførsel i hvile. Når en kompleks væske, der udviser flydeadfærd, forskydes ved lave forskydningshastigheder, i området mellem 0,01 -0,1 s-1 og under den kritiske StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning, udsættes systemet for arbejdshærdning. Dette er karakteristisk for faststoflignende opførsel og skyldes, at elastiske elementer strækkes i forskydningsfeltet. Når sådanne elastiske elementer nærmer sig deres kritiske tøjning, begynder strukturen at bryde sammen og forårsager ForskydningsudtyndingDen mest almindelige type ikke-newtonsk opførsel er forskydningsfortynding eller pseudoplastisk flow, hvor væskens viskositet falder med stigende forskydning.forskydningsudtynding (blødgøring) og deraf følgende strømning. Den spænding, hvor denne katastrofale NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af det strukturelle skelet finder sted, er flydespændingen.
Der findes en række eksperimentelle tests til bestemmelse af FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding. En forskydningsspændingsrampe anvendes ofte, da det er en nem og hurtig måde at bestemme flydespændingen på, men en mere nøjagtig metode er at udføre en række krybetest og se efter ændringer i gradienten af eftergiveligheden i forhold til tidskurven [1].
Afhængigt af arten af det materiale, der testes, kan kryberesponsen være meget forskellig, som det er illustreret i figur 1.
Da den faktiske ændring af tøjningen vil afhænge af den påførte spænding, er det normalt at tale om eftergiveligheden i stedet for tøjningen. Krybeforskydningseftergiveligheden (J) kan bestemmes ud fra den forudindstillede forskydningsspænding (σ) og den resulterende deformation (γ) ved hjælp af:
Ved hjælp af dette begreb kan krybekurver genereret ved hjælp af forskellige spændinger sammenlignes direkte. Alle J(t)-kurver overlapper hinanden uafhængigt af den påførte spænding, så længe spændingen ligger inden for det lineære viskoelastiske område. Når dette kriterium ikke længere er opfyldt, anses materialet for at have givet efter. Dette er illustreret i figur 2, hvoraf det kan udledes for prøven under test, at flydespændingen er mellem 3 og 4 Pa, da kurven ikke længere følger den samme profil ved 4 Pa. Denne Application Note viser metode og data fra flere krybetest for en fugtgivende lotion.
Eksperimentel
- En kommerciel fugtighedslotion blev brugt som den prøve, der blev evalueret.
- Der blev foretaget rotationsreometermålinger med et Kinexus-reometer med en Peltier-pladepatron og et kegle- og plademålesystem2 ved hjælp af standardiserede, forudkonfigurerede sekvenser i rSpace-softwaren.
- Der blev brugt en standardbelastningssekvens for at sikre, at prøven blev udsat for en ensartet og kontrollerbar belastningsprotokol.
- Der blev kørt en række krybetests ved syv forskellige påførte spændinger mellem 30 Pa og 66 Pa.
- Hver krybetest blev stoppet efter en bestemt tid (120 s), og der blev efterfølgende udført en restitutionstest af samme varighed mellem krybetestene.
- Alle reologiske målinger blev udført ved 25 °C, medmindre det er specifikt angivet.
Resultater og diskussion
Figur 3 sammenligner Overensstemmelse med krybning (J)Krybekompatibilitet (J) er forskydningsstammen divideret med forskydningsspænding som et mål for øjeblikkelig kontinuerlig bøjningsdeformation af et materiale under statisk stressbelastning over tid, rapporteret i Pa-1: J(t)=γ(t)∕σkrybeoverensstemmelse (J) med tiden ved alle syv spændinger. Under 42 Pa er overensstemmelseskurverne overlejret, og der ser ikke ud til at være en stigning i overensstemmelsen med tiden, hvilket tyder på, at der ikke sker nogen strømning under denne spænding, dvs. at materialet opfører sig som et viskoelastisk fast stof.
Ved 48 Pa er der en mærkbar ændring i gradienten, hvilket indikerer tidsafhængig adfærd og dermed viskøs strømning. Dette fremgår måske tydeligere af figur 4, som viser den endelige eftergivenhed ved hver StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning efter 120 sekunders krybetest. Det kan udledes af sidstnævnte diagram, at emulsionsproduktet har en FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding på mellem 42 og 48 Pa.
For at opnå et mere præcist estimat af flydespændingen ville det være nødvendigt at gentage testen med small trinvise stigninger i spændingen mellem disse to værdier og evaluere på en lignende måde.
Konklusion
For den testede fugtighedscreme er den maksimale StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning, hvor eftergiveligheden er inden for det lineære viskoelastiske område, 42 Pa, mens flydespændingen overskrides ved 48 Pa. Flydespændingen har derfor en værdi mellem 42 Pa og 48 Pa. For at få en mere præcis værdi af flydespændingen for dette materiale er det nødvendigt med yderligere test-iterationer inden for dette smalle spændingsbånd. Flere krybetest for at udlede FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding er en nøjagtig metode, men kan kræve flere iterationer og korrekt brugerfortolkning.
Bemærk venligst ...
at en parallel pladegeometri også kan bruges - hvor denne geometri foretrækkes til dispersioner og emulsioner med large partikelstørrelser. Sådanne materialetyper kan også kræve brug af savtakkede eller ru geometrier for at undgå artefakter i forbindelse med glidning på geometriens overflade.