Introducción
La velocidad de cizallamiento de interés para las mediciones reológicas depende de la aplicación. En un proceso rápido como la pulverización, en el que el material se empuja rápidamente a través de un orificio, intervienen velocidades de cizallamiento elevadas, de hasta 100.000 s-1. Por el contrario, la extrusión de un polímero, que tiene una viscosidad mucho mayor, se realiza a velocidades significativamente más bajas; normalmente más de 1.000 veces inferiores. Las velocidades de cizallamiento aún más bajas se utilizan para describir procesos muy lentos como la nivelación.
Versiones de reómetros
La elección del reómetro depende de la velocidad de cizallamiento requerida. Mientras que el Kinexus, como reómetro rotacional, es el instrumento de elección para medir en el rango de baja velocidad de cizallamiento, se trabajará con un reómetro capilar Rosand para alcanzar altas velocidades de cizallamiento de hasta 1.000.000 s-1.
A continuación, se obtiene la curva de viscosidad de un material de polipropileno durante casi 7 décadas. Para ello, se utilizan tanto un reómetro rotacional Kinexus NETZSCH como un reómetro capilar Rosand NETZSCH (véanse las condiciones de medición en la tabla 1).
Cuadro 1: Condiciones de medición
| Instrumento | Kinexus |
|---|---|
| Muestra | Polipropileno |
| Geometría | placa-placa, diámetro: 25 mm |
| Temperatura | 190°C |
| Hueco de medición | 1 mm |
| Frecuencia | 10-3 a 10 Hz |
| Tensión de cizallamiento | 1.000 Pa |
| Instrumento | Rosand |
|---|---|
| Temperatura | 190°C |
| Matriz capilar | Diámetro: 1 mm y 0,5 mm, Longitud: 16 mm |
| Troquel cero | Diámetro: 1 mm y 0,5 mm, Longitud: 0,25 mm |
| Transductor de presión lado capilar | 10.000 Psi (689,5 bar) |
| Transductor de presión lado cero | 1.500 Psi (103,4 bar) |
Observaciones sobre las condiciones de medición
- Reómetro rotacional Kinexus
Se realizó un barrido de frecuencia y no, como podría pensarse, una medición de rotación. Aquí, se utilizó la regla de Cox-Merz que estipula que para polímeros sin relleno, la viscosidad de cizallamiento compleja frente a la frecuencia da los mismos valores que la viscosidad de cizallamiento frente a la velocidad de cizallamiento. Las mediciones de oscilación tienen la ventaja sobre las mediciones de rotación de que el material se mide en reposo. Por lo tanto, el polímero no está sometido a fuerzas centrífugas y no se saldrá de la abertura, como podría ocurrir durante las mediciones de rotación a altas velocidades de cizallamiento. Encontrará más información sobre este tema en las Notas de Aplicación 236 y 243 [1, 2]. - Reómetro capilar Rosand
La matriz de 1 mm de diámetro se utilizó para obtener velocidades de cizallamiento de hasta 10.000 s-1, mientras que con la matriz de 0,5 mm de diámetro se alcanzaron velocidades de cizallamiento superiores.
Resultados de las mediciones
La figura 1 representa la curva de viscosidad compuesta del polipropileno medida en los reómetros rotacional y capilar. En el intervalo de velocidad de cizallamiento baja, el material muestra un comportamiento newtoniano: La viscosidad de cizallamiento no depende de la velocidad de cizallamiento. En esta meseta de cizallamiento cero, la viscosidad de cizallamiento asciende a 4400 Pa-s.
Para velocidades de cizallamiento mayores, el polímero se adelgaza por cizallamiento: Su viscosidad de cizallamiento disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. En este rango, la tensión de cizallamiento aplicada es lo suficientemente alta como para desenredar las cadenas de polímero. Pueden deslizarse unas contra otras, lo que facilita el flujo y explica la disminución de la viscosidad de cizallamiento.
Conclusión
Con esta combinación única de mediciones reométricas rotacionales y capilares que ofrece NETZSCH, se consiguen rangos de velocidad de cizallamiento muy amplios. Esto es importante, por ejemplo, para los polímeros, ya que su comportamiento depende en gran medida de la velocidad de cizallamiento a la que están sometidos.