Εισαγωγή
Όταν πραγματοποιούνται ρεολογικές μετρήσεις διάτμησης σε δομημένα υγρά - ιδίως σε αιωρήματα, γαλακτώματα ή αφρούς - υπάρχει μεγάλη πιθανότητα η μέτρηση να επηρεαστεί από ένα φαινόμενο γνωστό ως "ολίσθηση τοιχώματος". Η ολίσθηση των τοιχωμάτων γενικά προκύπτει από μια τοπική εξάντληση της διασκορπισμένης φάσης κοντά στα γεωμετρικά τοιχώματα, σχηματίζοντας ουσιαστικά ένα στρώμα λίπανσης στην επιφάνεια. Κατά συνέπεια, οι ρεολογικές ιδιότητες όγκου δεν μετρώνται πλέον με ακρίβεια, οδηγώντας σε υποεκτίμηση του πραγματικού ιξώδους.
Παρόμοιο φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί κατά τη μέτρηση στερεών όπως τα υλικά όπου δεν υπάρχει επαρκής τριβή μεταξύ του δείγματος και του τοιχώματος για την υποστήριξη της εφαρμοζόμενης τάσης.
Η ολίσθηση των τοιχωμάτων μπορεί να εξουδετερωθεί με διάφορους τρόπους κατά τη δοκιμή σε ένα περιστροφικό ρεόμετρο, κυρίως με τη χρήση τραχιών ή οδοντωτών γεωμετριών που μεταφέρουν αποτελεσματικά την κίνηση της γεωμετρίας στον όγκο του δείγματος και μεγιστοποιούν έτσι την επαφή των δειγμάτων με το δείγμα εις βάρος των αλληλεπιδράσεων δείγματος-τοίχου. Για τα συστήματα κυπέλλου και κοχλία, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν πτερύγια και γεωμετρίες με οδόντωση.
Το Σχήμα 2 δείχνει τη συνέπεια της ολίσθησης για ένα εναιώρημα συμπυκνωμένων σωματιδίων, όπως μετρήθηκε με τη χρήση λείων παράλληλων πλακών. largeΤο εμφανές "πόδι του σκύλου" στην καμπύλη ροής είναι ένα γνωστό χαρακτηριστικό της ολίσθησης των τοιχωμάτων, το οποίο στην περίπτωση αυτή μπορεί να εξαλειφθεί με τη χρήση οδοντωτών πλακών.
Για πιο λεπτές περιπτώσεις ολίσθησης τοιχώματος, είναι λιγότερο εύκολο να επιβεβαιωθεί η παρουσία της, εκτός εάν οι μετρήσεις γίνονται με λείες και οδοντωτές ή τραχείες πλάκες, αν και σε πολλές περιπτώσεις, ο χρήστης μπορεί να μην έχει και τους δύο τύπους γεωμετρίας διαθέσιμους για μια τέτοια σύγκριση.
Σε τέτοιες περιπτώσεις, η απόδειξη της ολίσθησης μπορεί να ληφθεί με τη διενέργεια μετρήσεων ελεγχόμενης τάσης σε διαφορετικά διάκενα. Εάν υπάρχει ολίσθηση, η ταχύτητα ολίσθησης Vs εξαρτάται μόνο από την εφαρμοζόμενη διατμητική τάση σ αλλά όχι από το διάκενο. Αντίθετα, η διαφορά ταχύτητας κατά μήκος του δείγματος, η οποία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ρυθμού διάτμησης, θα εξαρτάται τόσο από το διάκενο όσο και από τη διατμητική τάση. Έτσι, μεταβάλλοντας το διάκενο h και διατηρώντας σταθερή την τάση σ, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ταχύτητα ολίσθησης και ο πραγματικός ρυθμός διάτμησης χρησιμοποιώντας την εξίσωση 1.
V είναι η ταχύτητα της άνω πλάκας
-γapp είναι ο μετρούμενος ρυθμός διάτμησης
-γ είναι ο πραγματικός ρυθμός διάτμησης
Αυτό γίνεται με την παράσταση της μετρούμενης ταχύτητας -γapp έναντι 1/h, η οποία θα πρέπει να οδηγεί σε ευθεία γραμμή με κλίση 2Vs και τομή γ-.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, έχουν παρατηρηθεί αρνητικές τιμές για τον πραγματικό ρυθμό διάτμησης και αυτές έχουν αποδοθεί σε σφάλματα φόρτισης, ακρίβεια διάκενου και ιδιότητες υλικού που εξαρτώνται από το διάκενο. Κατά συνέπεια, είναι προτιμότερο να εργάζονται σε διάκενα larger όπου τυχόν τέτοια σφάλματα θα ελαχιστοποιηθούν.
Πειραματικό
- Σε αυτό το πείραμα, μια λοσιόν σώματος και ένα αφρόλουτρο αξιολογήθηκαν για να προσδιοριστεί η έκταση της ολίσθησης των τοιχωμάτων κατά τη διάρκεια μιας ρεολογικής μέτρησης.
- Οι μετρήσεις περιστροφικού ρεομέτρου πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του περιστροφικού ρεομέτρου Kinexus με φυσίγγιο πλάκας Peltier και σύστημα μέτρησης με τραχεία παράλληλη πλάκα1 και με τη χρήση τυποποιημένων προ-ρυθμισμένων ακολουθιών στο λογισμικό rSpace.
- Χρησιμοποιήθηκε μια τυποποιημένη ακολουθία φόρτωσης για να εξασφαλιστεί ότι και τα δύο δείγματα υποβλήθηκαν σε ένα συνεπές και ελεγχόμενο πρωτόκολλο φόρτωσης.
- Όλες οι μετρήσεις ρεολογίας πραγματοποιήθηκαν στους 25°C.
- Η προκαθορισμένη ακολουθία επέτρεψε να γίνουν διαδοχικές μετρήσεις σε διάφορα διάκενα μεταξύ 1,2 και 0,9 mm με σταθερή εφαρμοζόμενη τάση 50 Pa για την κρέμα δέρματος και 10 Pa για το αφρόλουτρο.
- Ο μετρούμενος ρυθμός διάτμησης απεικονίστηκε στη συνέχεια αυτόματα ως προς το αντίστροφο διάκενο και εφαρμόστηκε ένα μοντέλο γραμμικής παλινδρόμησης. Η ταχύτητα ολίσθησης και ο πραγματικός ρυθμός διάτμησης εκτιμήθηκαν από την κλίση και την τομή, αντίστοιχα.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Το σχήμα 3 δείχνει plots του ιξώδους διάτμησης σε σχέση με το διάκενο. Ενώ το αφρόλουτρο παρουσιάζει ένα σχετικά σταθερό ιξώδες σε κάθε διάκενο, η κρέμα δέρματος παρουσιάζει μια μικρή διαβάθμιση με χαμηλότερο ιξώδες που αναφέρεται σε smaller διάκενα, το οποίο μπορεί να αποδοθεί σε ολίσθηση των τοιχωμάτων. Για να εκτιμηθεί η ταχύτητα ολίσθησης, ο μετρούμενος ρυθμός διάτμησης απεικονίστηκε συναρτήσει του αντίστροφου διακένου σύμφωνα με την εξίσωση 1. Στα δεδομένα εφαρμόστηκε ένα γραμμικό μοντέλο προσαρμογής (y = mx+ c) με την κλίση της καμπύλης ίση με 2Vs και την τομή ίση με την πραγματική ταχύτητα διάτμησης.
Για την κρέμα δέρματος, η ταχύτητα ολίσθησης εκτιμήθηκε σε 1,3 mm/s και ο πραγματικός ρυθμός διάτμησης σε 1,016 s-1. Αυτό είναι αρκετά χαμηλότερο από τις μετρούμενες (φαινόμενες) τιμές του ρυθμού διάτμησης μεταξύ 3-4 s-1, γεγονός που υποδηλώνει σημαντικό βαθμό ολίσθησης του τοιχώματος. Κατά συνέπεια, για μελλοντικές δοκιμές, θα ήταν σκόπιμο να χρησιμοποιηθούν τραχείες ή οδοντωτές πλάκες για το συγκεκριμένο δείγμα.
Για το τζελ ντους η ταχύτητα ολίσθησης εκτιμήθηκε σε μόλις 0,08 mm/s με πραγματικό ρυθμό διάτμησης 0,68 s-1 σε σύγκριση με τη φαινομενική τιμή περίπου 0,76 s-1. Η διαφορά αυτή είναι εντός του πιθανού εύρους σφάλματος που σχετίζεται με τη δοκιμή και, επομένως, το τζελ ντους μπορεί να θεωρηθεί ότι δεν παρουσιάζει ολίσθηση υπό αυτές τις συνθήκες μέτρησης.
Συμπέρασμα
Ένα τζελ ντους και μια κρέμα δέρματος δοκιμάστηκαν σε διάφορα διάκενα για να εκτιμηθεί η ταχύτητα ολίσθησης στη διεπιφάνεια τοίχου-δείγματος. Η κρέμα δέρματος παρουσίασε σημαντική ολίσθηση του τοιχώματος, ενώ αυτή ήταν αμελητέα για το τζελ ντους. Η δοκιμή αυτή μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση του βαθμού ολίσθησης για ένα συγκεκριμένο υλικό και μια συγκεκριμένη συνθήκη δοκιμής και να υποδείξει εάν απαιτείται η χρήση τραχύτητας ή προφίλ γεωμετρίας.
Παρακαλώ σημειώστε...
ότι οι δοκιμές πρέπει να διεξαχθούν με συνδυασμό γεωμετρίας λείων παράλληλων πλακών.