Εισαγωγή
Ο ρυθμός διάτμησης που ενδιαφέρει τις ρεολογικές μετρήσεις εξαρτάται από την εφαρμογή. Σε μια γρήγορη διαδικασία όπως ο ψεκασμός, όπου το υλικό ωθείται γρήγορα μέσω ενός ανοίγματος, απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί διάτμησης έως και 100.000 s-1. Αντίθετα, η εξώθηση ενός πολυμερούς, το οποίο έχει πολύ υψηλότερο ιξώδες, γίνεται με σημαντικά χαμηλότερες ταχύτητες- συνήθως πάνω από 1000 φορές χαμηλότερες. Ακόμη χαμηλότερες ταχύτητες διάτμησης χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν πολύ αργές διεργασίες όπως η ισοπέδωση.
Εκδόσεις ρεομέτρου
Η επιλογή του ρεομέτρου εξαρτάται από τον απαιτούμενο ρυθμό διάτμησης. Ενώ το Kinexus, ως περιστροφικό ρεόμετρο, είναι το όργανο επιλογής για μετρήσεις στην περιοχή των χαμηλών ρυθμών διάτμησης, θα συνεργαστεί κανείς με ένα τριχοειδές ρεόμετρο Rosand για να επιτύχει υψηλούς ρυθμούς διάτμησης έως και 1.000.000 s-1.
Στη συνέχεια, λαμβάνεται η καμπύλη ιξώδους ενός υλικού πολυπροπυλενίου για σχεδόν 7 δεκαετίες. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τόσο ένα NETZSCH Kinexus ρευματομετρητής περιστροφής όσο και ένα NETZSCH τριχοειδές ρευματομετρητής Rosand (βλέπε συνθήκες μετρήσεων στον πίνακα 1).
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Όργανο | Kinexus |
|---|---|
| Δείγμα | Πολυπροπυλένιο |
| Γεωμετρία | πλάκα-πλάκα, διάμετρος: 25 mm |
| Θερμοκρασία | 190°C |
| Διάκενο μέτρησης | 1 mm |
| Συχνότητα | 10-3 έως 10 Hz |
| Διατμητική τάση | 1.000 Pa |
| Όργανο | Rosand |
|---|---|
| Θερμοκρασία | 190°C |
| Τριχοειδής μήτρα | Διάμετρος: 1 mm και 0,5 mm, Μήκος: 16 mm |
| Μηδενική μήτρα | Διάμετρος: 1 mm και 0,5 mm, μήκος: 0,25 mm |
| Πλευρά τριχοειδούς μετατροπέα πίεσης | 10.000 Psi (689,5 bar) |
| Μετατροπέας πίεσης πλευρά μηδέν | 1.500 Psi (103,4 bar) |
Παρατηρήσεις σχετικά με τις συνθήκες μέτρησης
- Kinexus Περιστροφικό Ρεόμετρο
Πραγματοποιήθηκε σάρωση συχνότητας και όχι, όπως θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί, μέτρηση περιστροφής. Εδώ, χρησιμοποιήθηκε ο κανόνας Cox-Merz που ορίζει ότι για τα μη γεμισμένα πολυμερή, το σύνθετο ιξώδες διάτμησης συναρτήσει της συχνότητας δίνει τις ίδιες τιμές με το ιξώδες διάτμησης συναρτήσει του ρυθμού διάτμησης. Οι μετρήσεις ταλάντωσης έχουν το πλεονέκτημα έναντι των μετρήσεων περιστροφής ότι το υλικό μετράται σε κατάσταση ηρεμίας. Έτσι, το πολυμερές δεν υπόκειται σε φυγόκεντρες δυνάμεις και δεν εξέρχεται από το διάκενο, όπως μπορεί να συμβεί κατά τις μετρήσεις περιστροφής σε υψηλούς ρυθμούς διάτμησης. Περισσότερες πληροφορίες για το θέμα αυτό θα βρείτε στις Σημειώσεις εφαρμογής 236 και 243 [1, 2]. - Τριχοειδές ρεόμετρο Rosand
Η μήτρα διαμέτρου 1 mm χρησιμοποιήθηκε για να επιτευχθούν ρυθμοί διάτμησης έως 10.000 s-1, ενώ υψηλότεροι ρυθμοί διάτμησης επιτεύχθηκαν με τη μήτρα διαμέτρου 0,5 mm.
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 1 απεικονίζεται η σύνθετη καμπύλη ιξώδους του πολυπροπυλενίου που μετρήθηκε στο περιστροφικό και τριχοειδές ρεόμετρο. Στην περιοχή χαμηλών ρυθμών διάτμησης, το υλικό παρουσιάζει νευτώνεια συμπεριφορά: Το ιξώδες διάτμησης δεν εξαρτάται από τον ρυθμό διάτμησης. Σε αυτό το πλάτωμα μηδενικής διάτμησης, το ιξώδες διάτμησης ανέρχεται σε 4400 Pa-s.
Για υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης, το πολυμερές αραιώνει διατμητικά: Το διατμητικό ιξώδες του μειώνεται με την αύξηση των ρυθμών διάτμησης. Σε αυτό το εύρος, η εφαρμοζόμενη διατμητική τάση είναι αρκετά υψηλή ώστε να αποδιαταχθούν οι πολυμερικές αλυσίδες. Μπορούν να ολισθαίνουν η μία πάνω στην άλλη, διευκολύνοντας τη ροή και εξηγώντας τη μείωση του διατμητικού ιξώδους.
Συμπέρασμα
Με αυτόν τον μοναδικό συνδυασμό μετρήσεων περιστροφικού και τριχοειδούς ρεομέτρου που προσφέρει το NETZSCH, επιτυγχάνονται πολύ ευρείες περιοχές ταχύτητας διάτμησης. Αυτό είναι σημαντικό, για παράδειγμα, για τα πολυμερή, επειδή η συμπεριφορά τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον ρυθμό διάτμησης στον οποίο υποβάλλονται.