Εισαγωγή
Το ευρύ φάσμα γεωμετριών μέτρησης που διαθέτει το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus επιτρέπει τον ρεολογικό χαρακτηρισμό ενός ευρέος φάσματος υλικών σε διάφορες εφαρμογές. Ορισμένες εφαρμογές απαιτούν όγκους small, για παράδειγμα στη φαρμακευτική βιομηχανία, όπου τα υλικά είναι συχνά ακριβά και δοκιμάζονται σε περιορισμένες ποσότητες. Αυτός ο περιορισμένος όγκος δείγματος μπορεί να συνδέεται με εφαρμογές, που απαιτούν υψηλούς ρυθμούς διάτμησης, για παράδειγμα, για ψεκασμό.
Σύστημα Mooney Ewart
Το σύστημα Mooney Ewart (σχήμα 1) είναι μια ειδική γεωμετρία κυπελλοειδούς στροφείου που χρησιμοποιείται για εφαρμογές που συνδυάζουν ποσότητες δείγματος small με υψηλούς ρυθμούς διάτμησης. Το δείγμα τοποθετείται στο δακτυλιοειδές διάκενο μεταξύ δύο κυλίνδρων καθορισμένης γεωμετρίας. Ενώ ο εξωτερικός κύλινδρος (cup) είναι ακίνητος, ο ομοαξονικός εσωτερικός κύλινδρος (bob) περιστρέφεται με καθορισμένη ταχύτητα. Το διάκενο είναι μικρότερο από ό,τι σε άλλα συστήματα cup-and-bob. Αυτό έχει δύο πλεονεκτήματα:
- Μπορούν να επιτευχθούν υψηλότεροι ρυθμοί διάτμησης.
- Απαιτούνται μικρότεροι όγκοι δείγματος
Συνθήκες μέτρησης
Στη συνέχεια, συγκρίνονται οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν με γεωμετρία κώνου και πλάκας και με το σύστημα Mooney Ewart. Το υλικό που εξετάστηκε είναι ένα έλαιο σιλικόνης με γνωστό ιξώδες.
Πίνακας 1: Παράμετροι μέτρησης
| Γεωμετρία | CP1/40 (κώνος/πλάκα, κώνος: 1°, Ø: 4 mm) | Mooney Ewart: 0.5 προς 1 ml |
| Θερμοκρασία | 25°C | |
| Ρυθµός διάτµησης | 1 έως 10.000 s-1 | |
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 απεικονίζονται οι προκύπτουσες καμπύλες ιξώδους διάτμησης των δύο μετρήσεων σε σύγκριση με την αναμενόμενη καμπύλη του ελαίου σιλικόνης. Στο εύρος ρυθμού διάτμησης έως 1.000 s-1, και οι δύο μετρήσεις δίνουν τις ίδιες τιμές ιξώδους διάτμησης (διαφορά μεταξύ της μετρούμενης και της προδιαγεγραμμένης τιμής μικρότερη από 2%).
Στη συνέχεια, η καμπύλη ιξώδους διάτμησης που λαμβάνεται με τη γεωμετρία κώνου/πλάκας υποδεικνύει διατμητική αραιή συμπεριφορά. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της θερμοκρασίας του δείγματος που προκαλείται από τη διατμητική θέρμανση. Αντίθετα, η καμπύλη που λαμβάνεται με το σύστημα Mooney Ewart αντικατοπτρίζει περαιτέρω την αναμενόμενη νευτώνεια συμπεριφορά του δείγματος. Αρχίζοντας στα 6.300 s-1, η στρωτή ροή γίνεται ασταθής λόγω φυγόκεντρων δυνάμεων, με αποτέλεσμα τη δημιουργία δευτερογενούς ροής (δίνη Taylor). Αυτό οδηγεί σε εμφανή αύξηση του διατμητικού ιξώδους.
Αυτή η σύγκριση των καμπυλών διατμητικού ιξώδους που καταγράφηκαν με τις δύο γεωμετρίες καταδεικνύει το διευρυμένο εύρος ρυθμών διάτμησης που επιτυγχάνεται με το σύστημα Ewart Mooney σε σύγκριση με αυτό που επιτυγχάνεται με τη γεωμετρία κώνου/πλάκας.
Συμπέρασμα
Οι ρεολογικές μετρήσεις σε ένα σύστημα κώνου/πλάκας περιορίζονται γενικά σε ένα συγκεκριμένο εύρος ρυθμών διάτμησης, λόγω της εκκένωσης του διακένου σε υψηλούς ρυθμούς διάτμησης. Οι εφαρμογές που σχετίζονται με υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης απαιτούν άλλη μέθοδο, για παράδειγμα το τριχοειδές ρεόμετρο Rosand. Εδώ, είναι δυνατοί ρυθμοί διάτμησης έως και 1.000.000 s-1. Ωστόσο, απαιτούν μεγαλύτερη ποσότητα υλικού. Μια λύση για την επέκταση του εύρους ρυθμών διάτμησης για μικρές ποσότητες δείγματος είναι η συνεργασία με το σύστημα Ewart Mooney στο περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus.