Ρεόμετρα

Η ρεολογική ανάλυση δειγμάτων αποτελεί θεμελιώδες μέρος της ανάπτυξης πολλών τύπων προϊόντων. Σε αντίθεση με ένα ιξωδόμετρο, ένα ρεόμετρο μπορεί πραγματικά να μετρήσει τις ιδιότητες του δείγματος σε εξαιρετικά χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης, όπως στην καθίζηση, ή στους υψηλούς ρυθμούς διάτμησης που παρατηρούνται στην άντληση, την ανάμιξη και την εφαρμογή και κάνοντας μετρήσεις στο σωστό εύρος διάτμησης, μπορούμε να προσομοιώσουμε επαρκώς μια διαδικασία ροής και έτσι να διαφοροποιήσουμε τα καλά προϊόντα από τα κακά. Το ρεόμετρο μπορεί επίσης να προσδιορίσει την επίδραση της προσθήκης διαφορετικών ποσοτήτων ενός πρόσθετου ή αλλαγών στη διαδικασία και έτσι να χρησιμοποιηθεί για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης και της παραγωγής ενός προϊόντος.

Το ρεόμετρο δεν μετρά μόνο το ιξώδες του προϊόντος σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση του ιξώδους κατά τη διάρκεια ενός προγραμματισμένου προφίλ θερμοκρασίας. Αυτό μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με πολυμερή για την αξιολόγηση της δυνατότητας επεξεργασίας και των θερμοκρασιών υαλώδους μετάβασης. Τα αποτελέσματα είναι ακριβή με ελάχιστο χρόνο δοκιμής, καθώς μπορεί να ξεκινήσει μια προ-προγραμματισμένη ανάλυση και να αφεθεί να εκτελεστεί χωρίς επίβλεψη ή ακόμη και κατά τη διάρκεια της νύχτας.

Επισκόπηση της μεθοδολογίας

Τα περιστροφικά ρεόμετρα μπορούν να φιλοξενήσουν πολλά διαφορετικά συστήματα μέτρησης, αν και τα πιο συνηθισμένα είναι ο κώνος και η πλάκα, οι παράλληλες πλάκες, οι ομοαξονικοί κύλινδροι και τα εξαρτήματα στρέψης. Στην περίπτωση του κώνου και της πλάκας ή των παράλληλων πλακών, το δείγμα φορτώνεται σε μια επίπεδη κάτω πλάκα ελεγχόμενης θερμοκρασίας και ένας ανώτερος κώνος ή μια επίπεδη πλάκα κατεβαίνει πάνω στο δείγμα συμπιέζοντάς το σε έναν καθορισμένο χώρο. Μετά την αποκοπή του πλεονάζοντος δείγματος, το ανώτερο σύστημα μέτρησης στη συνέχεια είτε διατμηθεί προς μία κατεύθυνση (ιξωδομετρία) είτε ταλαντωθεί περιστροφικά (ταλάντωση, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 παρακάτω).

Η ιξωδομετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της τάσης διαρροής, δηλαδή της τάσης που απαιτείται για την έναρξη της ροής του δείγματος, την προσομοίωση μιας διαδικασίας διάτμησης, τη μέτρηση της σταθερότητας διάτμησης ή την ανάλυση του τρόπου με τον οποίο το ιξώδες μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Οι δοκιμές ταλάντωσης συνήθως διερευνούν την ιξωδοελαστική δομή ενός δείγματος χωρίς να το διασπάσουν. Αρχικά εκτελείται μια σάρωση πλάτους για να προσδιοριστεί πόσο large ταλάντωση μπορεί να αντέξει το δείγμα πριν η δομή διασπαστεί, αυτή είναι γνωστή ως γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή. Αφού προσδιοριστεί η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή, μπορεί να εκτελεστεί σάρωση συχνότητας, σάρωση χρόνου ή σάρωση θερμοκρασίας για να διερευνηθεί πώς μεταβάλλεται η ιξωδοελαστική δομή και το ιξώδες υπό δυναμικές συνθήκες.

Τα περιστροφικά ρεόμετρα μπορούν να φιλοξενήσουν πολλά διαφορετικά συστήματα μέτρησης, αν και τα πιο συνηθισμένα είναι ο κώνος και η πλάκα, οι παράλληλες πλάκες, οι ομοαξονικοί κύλινδροι και τα εξαρτήματα στρέψης. Στην περίπτωση του κώνου και της πλάκας ή των παράλληλων πλακών, το δείγμα φορτώνεται σε μια επίπεδη κάτω πλάκα ελεγχόμενης θερμοκρασίας και ένας ανώτερος κώνος ή μια επίπεδη πλάκα κατεβαίνει πάνω στο δείγμα συμπιέζοντάς το σε έναν καθορισμένο χώρο. Μετά την αποκοπή του πλεονάζοντος δείγματος, το ανώτερο σύστημα μέτρησης στη συνέχεια είτε διατμηθεί προς μία κατεύθυνση (ιξωδομετρία) είτε ταλαντωθεί περιστροφικά (ταλάντωση, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 παρακάτω).

Η ιξωδομετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της τάσης διαρροής, δηλαδή της τάσης που απαιτείται για την έναρξη της ροής του δείγματος, την προσομοίωση μιας διαδικασίας διάτμησης, τη μέτρηση της σταθερότητας διάτμησης ή την ανάλυση του τρόπου με τον οποίο το ιξώδες μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία. Οι δοκιμές ταλάντωσης συνήθως διερευνούν την ιξωδοελαστική δομή ενός δείγματος χωρίς να το διασπάσουν. Αρχικά εκτελείται μια σάρωση πλάτους για να προσδιοριστεί πόσο large ταλάντωση μπορεί να αντέξει το δείγμα πριν η δομή διασπαστεί, αυτή είναι γνωστή ως γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή. Αφού προσδιοριστεί η γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή, μπορεί να εκτελεστεί σάρωση συχνότητας, σάρωση χρόνου ή σάρωση θερμοκρασίας για να διερευνηθεί πώς μεταβάλλεται η ιξωδοελαστική δομή και το ιξώδες υπό δυναμικές συνθήκες.

Με το τριχοειδές ρεόμετρο Rosand, ένα δείγμα φορτώνεται σε ένα κυλινδρικό βαρέλι που έχει ρυθμιστεί εκ των προτέρων στην απαιτούμενη θερμοκρασία δοκιμής. Στη συνέχεια, ένα ελεγχόμενο με σερβοκινητήρα έμβολο χρησιμοποιείται για την εξώθηση του υλικού του δείγματος μέσω μιας κυλινδρικής ή ορθογώνιας μήτρας με σχισμή που βρίσκεται στο άκρο του βαρελιού σε μια πολύ ελεγχόμενη σειρά ταχυτήτων (ογκομετρική ροή). Η πτώση πίεσης κατά μήκος της μήτρας παρακολουθείται συνεχώς και μετράται με μετατροπέα πίεσης που τοποθετείται ακριβώς πάνω από τη μήτρα. Μια αποκοπή παρουσιάζεται στο Σχήμα 1. Τα τριχοειδή ρεόμετρα Rosand μπορούν να φιλοξενήσουν ένα ευρύ φάσμα μετατροπέων πίεσης και μήτρες, καθιστώντας τα ευέλικτα για τη μέτρηση ενός ευρέος φάσματος τύπων δειγμάτων. Τα τυπικά ιξώδη δείγματα μπορούν να κυμαίνονται από μελάνι εκτόξευσης μελάνης έως δείγματα ελαστικού με υψηλή πλήρωση και υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Το εύρος θερμοκρασίας του τυπικού οργάνου κυμαίνεται γενικά από περιβάλλον έως 400°C (με κρυογενική ψύξη και μέγιστη θερμοκρασία 500°C ως επιλογή s).

Τα τριχοειδή ρεόμετρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή μετρήσεων ιξώδους διάτμησης, ιξώδους επιμήκυνσης και ελαστικότητας. Επίσης, υπάρχουν μονάδες για δοκιμές θερμικής αποικοδόμησης, δοκιμές ροής - μη ροής, δοκιμές θερμοκρασίας όγκου πίεσης (PVT), απομάκρυνση (κλώση ινών), χαλάρωση τάσεων, ανάλυση ολίσθησης τοιχώματος και άλλα.

Δημιουργία καμπύλης ροής ιξώδους

Η δοκιμή σταθερής διάτμησης έχει σχεδιαστεί για τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού διάτμησης για ένα υλικό, με το ιξώδες διάτμησης να είναι ο λόγος των δύο παραμέτρων. Η ρουτίνα της δοκιμής περιλαμβάνει την προρύθμιση της θερμοκρασίας δοκιμής, στη συνέχεια τη φόρτωση του δείγματος με περιοδική συμπίεση για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη πλήρωση ώστε να μειωθούν τα κενά και ο εγκλωβισμός αέρα. Η φόρτωση του δείγματος ακολουθείται από περαιτέρω συμπιέσεις πριν από τη δοκιμή για να εξασφαλιστεί ότι το δείγμα έχει αποαερωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο και έχει συμπιεστεί πλήρως. Μια σειρά από διακριτές ταχύτητες εμβόλου (ρυθμοί διάτμησης) selectσε όλο το εύρος ρυθμών διάτμησης που ενδιαφέρει και το δείγμα εξωθείται μέχρι να ανιχνευθεί ισορροπία πίεσης σε κάθε ταχύτητα. Η πίεση παρακολουθείται κατά τη διάρκεια της δοκιμής και η διατμητική τάση υπολογίζεται σε κάθε σημείο δεδομένων που συλλέγεται. Για να διασφαλιστούν ακριβή αποτελέσματα των πραγματικών ιδιοτήτων ροής του δείγματος, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να εφαρμόσει έως και δύο διορθώσεις που σχετίζονται με σφάλματα πίεσης εισόδου και μη-νευτωνιανής ροής.