Introducción
Muchos fluidos complejos, como los polímeros que forman redes, las mesofases de tensioactivos y las emulsiones concentradas, no fluyen hasta que la tensión aplicada supera un determinado valor crítico, conocido como Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. Los materiales que presentan este comportamiento se denominan fluidos de fluencia. Por tanto, el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico se define como la tensión que debe aplicarse a la muestra para que comience a fluir. Por debajo del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, la muestra se deforma elásticamente (como al estirar un muelle), y por encima del Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico, la muestra fluye como un líquido.
La mayoría de los fluidos con Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico pueden considerarse como un esqueleto estructural que se extiende por todo el volumen del sistema. La resistencia del esqueleto se rige por la estructura de la fase dispersa y sus interacciones. Normalmente, la fase continua es de baja viscosidad, sin embargo, altas fracciones de volumen de una fase dispersa pueden aumentar la viscosidad mil veces e inducir un comportamiento similar al de un sólido en reposo. Cuando un fluido complejo que presenta un comportamiento de fluencia se cizalla a velocidades de cizallamiento bajas, en el intervalo entre 0,01 -0,1 s-1 y por debajo de su deformación crítica, el sistema se somete a un endurecimiento por deformación. Esto es característico del comportamiento sólido y se debe a que los elementos elásticos se estiran en el campo de cizallamiento. Cuando estos elementos elásticos se aproximan a su deformación crítica, la estructura comienza a romperse, provocando un Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento (reblandecimiento de la deformación) y el consiguiente flujo. La tensión a la que se produce esta ruptura catastrófica del esqueleto estructural es el límite elástico.
Existen varias pruebas experimentales para determinar el límite elástico. A menudo se emplea una rampa de tensión de cizallamiento, ya que es un medio fácil y rápido de determinar el límite elástico; sin embargo, un método más preciso es realizar series de pruebas de fluencia y buscar cambios en el gradiente de la curva de conformidad frente al tiempo [1].
Dependiendo de la naturaleza del material sometido a ensayo, la respuesta de fluencia puede ser muy diferente, como se ilustra en la figura 1.
Dado que el cambio real de la deformación dependerá de la tensión aplicada, es habitual hablar de conformidad en lugar de deformación. La conformidad al cizallamiento por fluencia (J) puede determinarse a partir del esfuerzo de cizallamiento preestablecido (σ) y la deformación resultante (γ) mediante:
Utilizando esta noción, las curvas de fluencia generadas utilizando diferentes tensiones pueden compararse directamente. Todas las curvas J(t) se solapan entre sí independientemente de la tensión aplicada, siempre que la tensión se encuentre dentro de la Región viscoelástica lineal (LVER)En el LVER, las tensiones aplicadas son insuficientes para provocar la rotura estructural (cesión) de la estructura, por lo que se miden importantes propiedades microestructurales. región viscoelástica lineal. Cuando deja de cumplirse este criterio, se considera que el material ha cedido. Esto se ilustra en la Figura 2, de la que se deduce, para la muestra sometida a ensayo, que el límite elástico se sitúa entre 3 y 4 Pa, ya que a 4 Pa, la curva ya no sigue el mismo perfil. Esta Nota de Aplicación muestra la metodología y los datos de los ensayos de fluencia múltiple para una loción hidratante.
Experimental
- Como muestra evaluada se utilizó una loción hidratante comercial.
- Las mediciones reométricas rotacionales se realizaron utilizando un reómetro Kinexus con un cartucho de placa Peltier y un sistema de medición de cono y placa2, y utilizando secuencias estándar preconfiguradas en el software rSpace.
- Se utilizó una secuencia de carga estándar para garantizar que la muestra se sometía a un protocolo de carga coherente y controlable.
- Se realizó una serie de ensayos de fluencia a siete tensiones aplicadas diferentes entre 30 Pa y 66 Pa.
- Cada ensayo de fluencia se detuvo después de un tiempo determinado (120 s), y posteriormente se realizó un ensayo de recuperación de igual tiempo entre los ensayos de fluencia.
- Todas las mediciones reológicas se realizaron a 25°C, a menos que se indique lo contrario.
Resultados y debate
La figura 3 compara la deformación por fluencia (J) con el tiempo a las siete tensiones. Por debajo de 42 Pa, las curvas de fluencia se superponen y no parece haber un aumento de la fluencia con el tiempo, lo que sugiere que por debajo de esta tensión no se produce flujo, es decir, que el material se comporta como un sólido viscoelástico.
A 48 Pa, se produce un cambio notable en el gradiente que indica un comportamiento dependiente del tiempo y, por tanto, un flujo viscoso. Esto se demuestra quizás más claramente en la figura 4, que muestra la conformidad final a cada tensión tras el ensayo de fluencia de 120 segundos. De este último gráfico se deduce que el producto de emulsión tiene un límite elástico entre 42 y 48 Pa.
Para obtener una estimación más precisa del límite elástico, sería necesario repetir el ensayo con small incrementos de tensión entre estos dos valores y evaluar de forma similar.
Conclusión
Para la loción hidratante probada, la tensión máxima en la que la conformidad se encuentra dentro de la Región viscoelástica lineal (LVER)En el LVER, las tensiones aplicadas son insuficientes para provocar la rotura estructural (cesión) de la estructura, por lo que se miden importantes propiedades microestructurales. región viscoelástica lineal es de 42 Pa, mientras que a 48 Pa se supera el límite elástico. Por lo tanto, el límite elástico tiene un valor comprendido entre 42 Pa y 48 Pa. Para obtener un valor más preciso del límite elástico de este material, se necesitan más iteraciones de ensayo dentro de esta estrecha banda de tensión. El ensayo de fluencia múltiple para obtener el límite elástico es un método preciso, pero puede requerir múltiples iteraciones y una interpretación correcta por parte del usuario.
Tenga en cuenta...
que también puede utilizarse una geometría de placa paralela, siendo preferible esta geometría para dispersiones y emulsiones con tamaños de partículas large. Estos tipos de materiales también pueden requerir el uso de geometrías dentadas o rugosas para evitar artefactos relacionados con el deslizamiento en la superficie de la geometría.