Johdanto
Monet monimutkaiset nesteet, kuten verkostomaiset polymeerit, pinta-aktiiviset mesofaasit ja konsentroidut emulsiot, eivät virtaa ennen kuin jännitys ylittää tietyn kriittisen arvon, joka tunnetaan nimellä MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys. Materiaaleilla, jotka käyttäytyvät näin, sanotaan olevan myötävirtauskäyttäytyminen. MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.Myötöjännitys määritellään siis jännitykseksi, joka näytteeseen on kohdistettava, ennen kuin se alkaa virrata. Myötörajan alapuolella näyte deformoituu elastisesti (kuten jousen venytys), myötörajan yläpuolella näyte virtaa kuin neste.
Useimpia nesteitä, joilla on myötöraja, voidaan pitää rakenteellisena luurankona, joka ulottuu koko järjestelmän tilavuuden yli. Rungon lujuus määräytyy dispergoituneen faasin rakenteen ja sen vuorovaikutusten perusteella. Tavallisesti jatkuvan faasin viskositeetti on alhainen, mutta dispersoidun faasin suuret tilavuusosuudet voivat kuitenkin nostaa viskositeetin tuhatkertaiseksi ja saada aikaan kiinteän kaltaisen käyttäytymisen levossa. Kun kompleksista nestettä, jolla on myötökäyttäytymistä, leikataan pienillä leikkausnopeuksilla, jotka ovat välillä 0,01 -0,1 s-1 ja alle sen kriittisen muodon, systeemi kovettuu. Tämä on ominaista kiinteän aineen kaltaiselle käyttäytymiselle ja johtuu siitä, että elastiset elementit venyvät leikkauskentässä. Kun tällaiset elastiset elementit lähestyvät kriittistä venymää, rakenne alkaa hajota, mikä aiheuttaa leikkausohentumista (venymän pehmenemistä) ja sen seurauksena virtausta. Jännitys, jossa tämä rakenteen luurangon katastrofaalinen HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen tapahtuu, on myötöraja.
Myötörajan määrittämiseksi on olemassa useita kokeellisia testejä. Usein käytetään leikkausjännitysramppia, koska se on helppo ja nopea tapa määrittää MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys, mutta tarkempi menetelmä on suorittaa sarja virumiskokeita ja etsiä muutoksia MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys-aikakäyrän kaltevuudessa [1].
Testattavan materiaalin luonteesta riippuen virumisvaste voi olla hyvin erilainen, kuten kuvassa 1 on esitetty.
Koska todellinen muodonmuutos on riippuvainen käytetystä jännityksestä, on tavallista puhua mieluummin taipuvuudesta kuin muodonmuutoksesta. Virumisleikkausjoustokomplianssi (J) voidaan määrittää asetetusta leikkausjännityksestä (σ) ja siitä aiheutuvasta muodonmuutoksesta (γ) seuraavasti:
Tämän käsitteen avulla voidaan suoraan verrata eri jännityksillä tuotettuja virumiskäyriä. Kaikki J(t)-käyrät ovat päällekkäisiä keskenään riippumatta käytetystä jännityksestä, kunhan jännitys on lineaarisen viskoelastisen alueen sisällä. Kun tämä kriteeri ei enää täyty, materiaalin katsotaan taipuneen. Tätä havainnollistetaan kuvassa 2, josta voidaan päätellä, että testattavan näytteen osalta MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys on 3 ja 4 Pa:n välillä, koska 4 Pa:n kohdalla käyrä ei enää noudata samaa profiilia. Tässä sovellusohjeessa esitetään menetelmä ja tiedot kosteusvoiteen moninkertaisesta virumiskokeesta.
Kokeellinen
- Arvioitavana näytteenä käytettiin kaupallista kosteusvoidetta.
- Pyörimisreometrimittaukset tehtiin Kinexus-reometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna ja kartio- ja levymittausjärjestelmä2, ja käyttäen rSpace -ohjelmiston vakiomuotoisia, valmiiksi määritettyjä sekvenssejä.
- Vakioidulla lataussekvenssillä varmistettiin, että näytteeseen sovellettiin johdonmukaista ja hallittavissa olevaa latausprotokollaa.
- Virumiskokeita tehtiin seitsemällä eri jännityksellä, jotka vaihtelivat 30 Pa:n ja 66 Pa:n välillä.
- Kukin virumiskoe lopetettiin tietyn ajan (120 s) kuluttua, ja virumiskokeiden välissä suoritettiin yhtä pitkä palautumiskoe.
- Kaikki reologiset mittaukset tehtiin 25 °C:ssa, ellei erikseen mainita.
Tulokset ja keskustelu
Kuvassa 3 verrataan virumisvastus (J) ajan funktiona kaikilla seitsemällä jännityksellä. Alle 42 Pa:n paineessa virumiskäyrät ovat päällekkäin, eikä virumiskäyrä näytä kasvavan ajan myötä, mikä viittaa siihen, että tämän jännityksen alapuolella ei tapahdu virtausta eli materiaali käyttäytyy viskoelastisena kiinteänä kappaleena.
Kun paine on 48 Pa, gradientti muuttuu huomattavasti, mikä viittaa ajasta riippuvaan käyttäytymiseen ja siten viskoosivirtaukseen. Tämä käy ehkä selvemmin ilmi kuvasta 4, jossa on esitetty 120 sekuntia kestäneen virumiskokeen jälkeinen lopullinen vaatimustenmukaisuus kullakin jännityksellä. Jälkimmäisestä kaaviosta voidaan päätellä, että emulsiotuotteen myötöraja on 42 ja 48 Pa:n välillä.
Tarkemman arvion saamiseksi myötöjännityksestä olisi tarpeen toistaa koe small lisäämällä jännitystä asteittain näiden kahden arvon välillä ja arvioida samalla tavalla.
Päätelmä
Testatun kosteusvoiteen osalta suurin jännitys, jonka kohdalla joustavuus on lineaarisen viskoelastisen alueen sisällä, on 42 Pa, kun taas 48 Pa:n kohdalla myötöraja ylittyy. Myötöjännityksen arvo on siis 42 Pa:n ja 48 Pa:n välillä. Jotta tämän materiaalin myötöjännityksen arvo saataisiin tarkemmin määritettyä, tarvitaan lisää testikierroksia tällä kapealla jännitysalueella. Moninkertainen virumiskoe myötöjännityksen määrittämiseksi on tarkka menetelmä, mutta se voi vaatia useita iteraatioita ja käyttäjän oikeaa tulkintaa.
Huomaa ...
että myös yhdensuuntaista levygeometriaa voidaan käyttää - tämä geometria on suositeltavampi dispersioiden ja emulsioiden osalta, joiden hiukkaskoko on large. Tällaiset materiaalityypit saattavat myös vaatia hammastettujen tai karhennettujen geometrioiden käyttöä, jotta vältetään geometrian pinnalla tapahtuvaan liukastumiseen liittyvät artefaktit.