Εισαγωγή
Το δίδυμο πτερύγιο διασποράς (σχήμα 1) είναι η κατάλληλη γεωμετρία για δείγματα που πρέπει να διασκορπίζονται συνεχώς κατά τη διάρκεια της μέτρησης, για παράδειγμα, εάν παρατηρείται έντονη καθίζηση σε μικρή χρονική κλίμακα. Επειδή ο εφαρμοζόμενος ρυθμός διάτμησης δεν είναι εντελώς ομοιόμορφος, αυτός ο τύπος γεωμετρίας θα πρέπει να θεωρείται ως μια πιο "σχετική" γεωμετρία που δίνει μια καλή ένδειξη του ιξώδους. Αντίθετα, μια μέτρηση με απόλυτη γεωμετρία όπως το σύστημα κωνικής πλάκας θα οδηγήσει σε απόλυτες τιμές του ιξώδους διάτμησης. Εδώ, με αυτή την απόλυτη γεωμετρία, ο ρυθμός διάτμησης και η διατμητική τάση που εφαρμόζεται στο δείγμα καθορίζονται σαφώς χρησιμοποιώντας το διάκενο μέτρησης με τη μετατόπιση και τη ροπή, αντίστοιχα. Οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται σε δύο δείγματα με την ίδια σχετική γεωμετρία μπορούν να συγκριθούν μεταξύ τους. Θα πρέπει όμως να ληφθεί υπόψη ότι δεν παρέχουν άμεσα απόλυτα αποτελέσματα λόγω του ανομοιόμορφου εφαρμοζόμενου διατμητικού πεδίου. Στη συζήτηση που ακολουθεί, πραγματοποιούνται μετρήσεις για να καταδειχθούν αυτές οι διαφορές. Για το σκοπό αυτό, συγκρίνεται μια δοκιμή που έγινε με απόλυτη γεωμετρία με εκείνη που πραγματοποιήθηκε με το πτερύγιο δίδυμης διασποράς.
Συνθήκες μέτρησης
Πραγματοποιήθηκε μέτρηση περιστροφής (ιξώδους) σε χρώμα τοίχου με το φτερό διπλής διασποράς (σχετική γεωμετρία) και με σύστημα κωνικής πλάκας (απόλυτη γεωμετρία). Στον πίνακα 1 απεικονίζονται οι συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν για τις δοκιμές.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Δείγμα | Χρώμα τοίχου | |
| Συσκευή | Kinexus ultra+ | |
| Γεωμετρία | Απόλυτη: CP4/40 (Πλάκα κώνου, διάμετρος: 40 mm, γωνία κώνου: 4°) | Σχετικό: Φλιτζάνι διασποράς, δίδυμο πτερύγιο διασποράς |
| Διάκενο | 146 μm | 5 mm |
| Ρυθμός διάτμησης | 0.1 έως 100 s-1 | |
| Θερμοκρασία | 25°C | |
Για όλα τα ρεόμετρα, οι γεωμετρικές σταθερές χρησιμοποιούνται ως συντελεστές μετατροπής για τη μετατροπή παραμέτρων του οργάνου, όπως η ροπή και η μετατόπιση, σε τάση και ρυθμό διάτμησης. Για τον κώνο και την πλάκα, οι σταθερές αυτές είναι σαφώς καθορισμένες1. Για μια νέα γεωμετρία, όπως το πτερύγιο διπλής διασποράς που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιείται μια πιο πρόσφατη διαδικασία2 για τη δημιουργία στενής συμφωνίας με την απόλυτη γεωμετρία.
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.
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι προκύπτουσες καμπύλες και των δύο μετρήσεων κατά τη διάρκεια της μέτρησης ιξωδομετρίας σταθερής κατάστασης μεταξύ 0,1 και 100 s-1. Οι τιμές του διατμητικού ιξώδους που λαμβάνονται με το φτερό διπλής διασποράς διαφέρουν κατά 10 έως 15% από τις απόλυτες τιμές που προέρχονται από τη μέτρηση με το σύστημα κωνικής πλάκας. Το σφάλμα αυτό είναι σχεδόν σταθερό κατά τη διάρκεια ολόκληρης της μέτρησης και αναμένεται λόγω του ανομοιόμορφου εφαρμοζόμενου προφίλ διάτμησης με μη απόλυτη γεωμετρία. Είναι δυνατή η χειροκίνητη προσαρμογή της σταθεράς της γεωμετρίας για την ελαχιστοποίηση αυτής της μετατόπισης- ωστόσο, το παρόν σημείωμα εφαρμογής χρησιμοποιεί τις προεπιλεγμένες τιμές από τη συζητούμενη μέθοδο2για να καταδείξει τις αναμενόμενες διαφορές από τη χρήση νέας και σχετικής γεωμετρίας.
Συμπέρασμα
Μια απόλυτη γεωμετρία, όπως το σύστημα γεωμετρίας κώνου-πλάκας, είναι η πρώτη επιλογή για να ληφθούν τιμές διατμητικού ιξώδους. Ωστόσο, εάν ένα δείγμα είναι πολύ ασταθές, δηλαδή παρατηρείται καθίζηση ή διαχωρισμός, η χρήση των απόλυτων γεωμετριών μπορεί να είναι περιορισμένη, ενώ το πτερύγιο δίδυμης διασποράς θα δώσει πιο συνεκτικές και αντιπροσωπευτικές πληροφορίες για τη συμπεριφορά του ιξώδους του δείγματος κατά τη διάρκεια των ρεολογικών δοκιμών. Στην παρούσα εργασία, αποδείχθηκε ότι οι μετρήσεις με το φτερό διπλής διασποράς οδηγούν σε καλή προσέγγιση των τιμών του ιξώδους διάτμησης μιας ουσίας.