Εισαγωγή
Οι γεωμετρίες που δημιουργούν ένα ομοιόμορφο προφίλ ρυθμού διάτμησης, όπως τα συστήματα κώνου/πλάκας και τα κυλινδρικά συστήματα, προτιμώνται για μετρήσεις περιστροφής, επειδή οδηγούν σε απόλυτες τιμές του ιξώδους διάτμησης. Ο ρυθμός διάτμησης και η διατμητική τάση που εφαρμόζεται στο δείγμα καθορίζονται σαφώς χρησιμοποιώντας το διάκενο μέτρησης με τη μετατόπιση και τη ροπή, αντίστοιχα.
Ωστόσο, μια ευρεία ποικιλία υλικών δεν μπορεί να μετρηθεί με τέτοιες γεωμετρίες, για παράδειγμα, εάν υπάρχει καθίζηση ή εάν το δείγμα περιέχει σωματίδια μεγέθους large-. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ο προσδιορισμός του ιξώδους εξακολουθεί να είναι δυνατός με τη χρήση μιας "σχετικής" γεωμετρίας, που ονομάζεται έτσι επειδή το προφίλ του ρυθμού διάτμησης δεν είναι εντελώς ομοιόμορφο.
Στο σχήμα 1 παρουσιάζεται μια από αυτές τις γεωμετρίες. Η δίδυμη τροχιακή σφαίρα αναπτύχθηκε για μετρήσεις σε δομικά υλικά που συχνά περιέχουν σωματίδια large.
Οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται σε δύο δείγματα με τη δίδυμη τροχιακή σφαίρα και την ίδια συσκευή μπορούν να συγκριθούν μεταξύ τους. Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι δεν είναι 100% σωστές λόγω του ανομοιόμορφου πεδίου διάτμησης που εφαρμόζεται.
Στη συζήτηση που ακολουθεί, μια μέτρηση που πραγματοποιήθηκε με απόλυτη γεωμετρία συγκρίνεται με μια μέτρηση που πραγματοποιήθηκε με τη δίδυμη τροχιακή σφαίρα.
Παράμετροι μέτρησης
Πραγματοποιήθηκε μέτρηση περιστροφής (ιξώδες) σε ένα χρώμα τοίχου με τη δίδυμη τροχιακή σφαίρα (σχετική γεωμετρία) και ένα σύστημα κώνου/πλάκας (απόλυτη γεωμετρία).
Οι συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν για τις δοκιμές συνοψίζονται στον πίνακα 1.
Για όλα τα ρεόμετρα, οι γεωμετρικές σταθερές χρησιμοποιούνται ως συντελεστές μετατροπής, λαμβάνοντας παραμέτρους του οργάνου, όπως η ροπή και η μετατόπιση, και μετατρέποντάς τες σε τάση και ρυθμό διάτμησης. Για τον κώνο και την πλάκα, οι σταθερές αυτές είναι σαφώς καθορισμένες1. Για μια σχετική γεωμετρία, όπως η δίδυμη τροχιακή σφαίρα, χρησιμοποιείται μια εναλλακτική 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
Πίνακας 1: Συνθήκες δοκιμής
| Δείγμα | Χρώμα τοίχου | |
| Συσκευή | Kinexus ultra + | |
| Γεωμετρία | Απόλυτη: CP1/40 (πλάκα κώνου, διάμετρος: 40 mm, γωνία κώνου: 1°) | Δίδυμη τροχιακή σφαίρα |
| Διάκενο | 26 μm | 1 mm (Απόσταση μεταξύ των σφαιρών και του πυθμένα του κυπέλλου) |
| Ρυθμός διάτμησης | 0.1 έως 100 s-1 | |
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι προκύπτουσες καμπύλες των δύο μετρήσεων κατά τη διάρκεια της μέτρησης ιξωδομετρίας σταθερής κατάστασης μεταξύ 0,1 και 100 s-1.
Οι καμπύλες δείχνουν καλή συμφωνία μεταξύ των τιμών του ιξώδους διάτμησης που λαμβάνονται με τη δίδυμη τροχιακή σφαίρα και εκείνων που προκύπτουν από τη μέτρηση με το σύστημα κώνου/πλάκας κατά τις τρεις δεκαετίες του ρυθμού διάτμησης.
Συμπέρασμα
Μια απόλυτη γεωμετρία, όπως η γεωμετρία κώνου/πλάκας, είναι η πρώτη επιλογή για τη λήψη τιμών διατμητικού ιξώδους. Ωστόσο, εάν ένα δείγμα είναι πολύ ασταθές, δηλαδή παρατηρείται καθίζηση ή διαχωρισμός, ή εάν το δείγμα περιέχει σωματίδια large, η απόλυτη γεωμετρία δεν είναι κατάλληλη, καθώς οι τιμές του διατμητικού ιξώδους δεν είναι αντιπροσωπευτικές. Η δίδυμη τροχιακή σφαίρα αποδίδει πιο συνεπείς και αντιπροσωπευτικές πληροφορίες σχετικά με το ιξώδες του δείγματος κατά τη διάρκεια των ρεολογικών δοκιμών. Σε αυτό το παράδειγμα, αποδείχθηκε ότι οι μετρήσεις με τη γεωμετρία της δίδυμης τροχιακής σφαίρας παρέχουν αντιπροσωπευτικές τιμές διατμητικού ιξώδους ενός υλικού.