Johdanto
Tasaisen leikkausnopeusprofiilin luovat geometriat, kuten kartio/levy- ja sylinterimäiset järjestelmät, ovat suositeltavimpia rotaatiomittauksissa, koska niiden avulla saadaan leikkausviskositeetin absoluuttiset arvot. Näytteeseen kohdistuva leikkausnopeus ja leikkausjännitys määritetään selkeästi käyttämällä mittausväliä siirtymän ja vääntömomentin avulla.
Monenlaisia materiaaleja ei kuitenkaan voida mitata tällaisilla geometrioilla, jos esimerkiksi tapahtuu sedimentaatiota tai jos näyte sisältää large-kokoisia hiukkasia. Näissä tapauksissa viskositeetin määrittäminen on edelleen mahdollista käyttämällä "suhteellista" geometriaa, joka on nimetty sellaiseksi, koska leikkausnopeusprofiili ei ole täysin tasainen.
Kuvassa 1 esitetään yksi näistä geometrioista. Kaksoiskiertopallo kehitettiin rakennusmateriaalien mittauksia varten, jotka sisältävät usein large hiukkasia.
Kahden näytteen mittauksia, jotka on suoritettu kaksoiskiertopallolla ja samalla laitteella, voidaan verrata toisiinsa. On kuitenkin pidettävä mielessä, että ne eivät ole 100-prosenttisen tarkkoja, koska leikkauskenttä on epätasainen.
Seuraavassa keskustelussa verrataan absoluuttisella geometrialla tehtyä mittausta kaksoiskiertopallolla tehtyyn mittaukseen.
Mittausparametrit
Seinämaalille tehtiin kiertomittaus (viskositeetti) kaksoiskiertopallolla (suhteellinen geometria) ja kartio/levy-järjestelmällä (absoluuttinen geometria).
Testeissä käytetyt olosuhteet on esitetty tiivistetysti taulukossa 1.
Kaikissa reometreissä geometriavakioita käytetään muuntokertoimina, joissa laitteen parametrit, kuten vääntömomentti ja siirtymä, muunnetaan jännitykseksi ja leikkausnopeudeksi. Kartiolle ja levylle nämä vakiot on määritelty hyvin1. Suhteellisessa geometriassa, kuten kaksoiskiertopallossa, käytetään vaihtoehtoista menetelmää2, jolla saadaan aikaan läheinen vastaavuus absoluuttiseen geometriaan.
1 Macosko CW: Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH: Simple method for determining stress and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Taulukko 1: Testiolosuhteet
| Näyte | Seinämaali | |
| Laite | Kinexus ultra + | |
| Geometria | Absoluuttinen: CP1/40 (kartiolevy, halkaisija: 40 mm, kartiokulma: 1°) | Twin Orbital Ball |
| Aukko | 26 μm | 1 mm (Pallojen ja kupin pohjan välinen etäisyys) |
| Leikkausnopeus | 0.1-100 s-1 | |
Mittaustulokset
Kuvassa 2 esitetään kahden mittauksen tuloksena saadut käyrät tasaisen viskometrimittauksen aikana välillä 0,1-100 s-1.
Käyrät osoittavat, että kaksoiskiertopallolla saadut leikkausviskositeettiarvot ja kartio/levy-järjestelmällä tehdyistä mittauksista saadut arvot vastaavat hyvin toisiaan kolmen vuosikymmenen leikkausnopeuden aikana.
Päätelmä
Absoluuttinen geometria, kuten kartio/levy-geometria, on ensimmäinen valinta leikkausviskositeettiarvojen saamiseksi. Jos näyte on kuitenkin hyvin epävakaa, toisin sanoen sedimentoituu tai erottuu, tai jos näyte sisältää large hiukkasia, absoluuttinen geometria ei sovellu, koska leikkausviskositeettiarvot eivät ole edustavia. Kaksoiskehäpallo antaa johdonmukaisempaa ja edustavampaa tietoa näytteen viskositeetista reologisen testauksen aikana. Tässä esimerkissä osoitettiin, että kaksoiskiertopallogeometrialla tehdyillä mittauksilla saadaan edustavia materiaalin leikkausviskositeettiarvoja.