Johdanto
Monet kuluttajatuotteet on pakattu putkiin tai pulloihin, joissa tuotteen levittäminen edellyttää tuotteen pumppaamista suuttimen läpi. Tällaiset tuotteet ovat yleensä leikkausohuita tuotteita, joiden viskositeetti laskee ekstruusioprosessin aikana kasvavan leikkausnopeuden vuoksi ja palautuu sitten suuaukosta poistuttaessa, kun leikkausnopeus pienenee. Tämän prosessin aikana esiintyvä leikkausnopeus liittyy aukon säteen r ja tilavuusvirran Q kanssa seuraavalla lausekkeella:
Parametri n on potenssilain indeksi, joka on 1 newtonilaiselle nesteelle ja 0-1 ei-newtonilaiselle nesteelle. Tämä arvo voidaan helposti saada vaihtelevan leikkausnopeuden testistä sovittamalla TeholakimalliPotenssilakimalli on yleinen reologinen malli, jonka avulla voidaan (tyypillisesti) kvantifioida näytteen leikkausohennuksen luonnetta, jolloin arvo lähempänä nollaa osoittaa leikkausohennusta voimistavaa materiaalia.potenssilakimalli saatuihin tietoihin.
Mittaamalla tilavuusvirta (annosteltu tilavuus tietyssä ajassa) ja aukon sisäsäde voidaan arvioida puristamisen aikana esiintyvä leikkausnopeus.
Koska monissa kuluttajatuotteissa, kuten elintarvikkeissa, pinnoitteissa ja hygieniatuotteissa/kosmetiikkatuotteissa, voi olla hyvin herkkiä mikrorakenteita, nämä rakenteet hajoavat helposti ekstruusioprosessin aikana, eivätkä ne välttämättä palaa alkuperäiseen rakenteeseensa ennen kuin tietty aika on kulunut. Materiaaleja, joiden rakenne palautuu tai rakentuu uudelleen ajasta riippuen, kutsutaan tiksotrooppisiksi. Laskemalla suulakepuristamisen aikana esiintyvä leikkausnopeus ja käyttämällä sitä vaiheittaisen rasitus- ja leikkausnopeustestin välivaiheessa on mahdollista jäljitellä suulakepuristamisen aiheuttamaa rakenteellista hajoamista.
Seuraamalla välittömästi rakenteen palautumista kimmomoduulin G' avulla ajan funktiona on mahdollista määrittää järjestelmän rakenteellinen palautuminen ja lopulta tuotteen rakenteellinen eheys käyttöhetkellä. Tämä voi olla tärkeää fyysisen ulkonäön (lommahduskestävyys), käyttötekstuurin tai tuotteen toiminnallisuuden kannalta, esimerkiksi sen kannalta, miten hyvin se pystyy tarttumaan pystysuoraan pintaan.
Kokeellinen
- Hammastahnan ja hiusgeelin rakenteellisia palautumisominaisuuksia arvioitiin leikkausnopeusolosuhteissa, jotka liittyvät tuotteen puristamiseen käytön aikana.
- Pyörimisreometrimittaukset tehtiin Kinexus-pyörimisreometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna ja karhennettu rinnakkaislevymittausjärjestelmä1, ja käyttäen rSpace -ohjelmiston vakiomuotoisia, valmiiksi määritettyjä sekvenssejä.
- Standardikuormitusjaksoa käytettiin sen varmistamiseksi, että molempiin näytteisiin sovellettiin yhdenmukaista ja hallittavissa olevaa kuormitusprotokollaa.
- Kaikki reologiset mittaukset tehtiin 25 °C:ssa.
- Asiaankuuluvat ekstruusioleikkausnopeudet laskettiin automaattisesti osana testisekvenssiä käyttäen syötettyjä ekstrudoidun tilavuuden, ekstruusioajan ja aukon säteen arvoja. Testi ohjelmoitiin käyttämään tätä laskettua arvoa välileikkausnopeutena vaiheittaisessa leikkausnopeustestissä, jossa vaiheissa 1 ja 2 käytetään vakiojännitysarvoa näytteiden Lineaarinen viskoelastinen alue (LVER)LVER:ssä käytetyt jännitykset eivät riitä aiheuttamaan rakenteen hajoamista (myötäämistä), ja näin ollen mitataan tärkeitä mikrorakenteellisia ominaisuuksia.LVER:ssä 1 Hz:n taajuudella.
- Aika, joka kului 90 prosentin palautumiseen tuotteen alkuperäisestä kimmoisuudesta (G'), määritettiin automaattisesti ja ilmoitettiin testin lopussa.
Tulokset ja keskustelu
Automaattinen laskin arvioi leikkausnopeudeksi suulakepuristusprosessissa 86 s-1 hammastahnalle ja 240 s-1 hiusgeelille. Näitä arvoja käytettiin testin leikkausnopeuden välivaiheessa.
Kuvassa 1 esitetään hammastahnan tulokset. Kyseessä on selvästi erittäin tiksotrooppinen materiaali, kuten havaitaan palautumiskäyrästä, joka osoittaa, että se ei täysin palauta rakennettaan testin aikana, vaan saavuttaa vain 50 prosenttia alkuperäisestä G' -arvostaan noin 500 sekunnin kuluttua.
Sitä vastoin hiusgeeli (kuva 2) palauttaa rakenteensa lähes välittömästi, sillä 90 prosenttia palautumisesta tapahtuu ensimmäisten 5 sekunnin aikana ja palautuminen on täydellinen 20 sekunnissa. Tämä on tärkeää tälle tuotteelle, koska sen on annettava hiuksille välitön pito ennen kuin hartsi voi muodostaa elastisen kalvon, joka takaa pidemmän aikavälin pidon.
Molemmat materiaalit näyttävät käyttäytyvän myötöjännityskäyttäytymistä mitatulla taajuudella, koska G' ylittää G", mikä viittaa toisiinsa kytkeytyneeseen tai kiinteään mikrorakenteeseen.
Päätelmä
Hammastahnalle ja hiusgeelille tehtiin kolmivaiheinen venytys-/leikkausnopeustesti, jolla arvioitiin kimmoisuuden palautumisnopeutta ja -laajuutta sen jälkeen, kun se oli puristettu tuubista. Hammastahna osoittautui erittäin tiksotrooppiseksi, ja kesti 500 sekuntia palauttaa 50 prosenttia alkuperäisestä kimmoisuudestaan, kun taas hiusgeeli palautui lähes välittömästi.
Huomaa...
että testaus suositellaan tehtäväksi kartio- ja levy- tai rinnakkaislevygeometrialla - jälkimmäistä suositellaan dispersioille ja emulsioille, joiden hiukkaskoko on large. Tällaiset materiaalityypit saattavat myös vaatia hammastettujen tai karhennettujen geometrioiden käyttöä, jotta vältetään geometrian pinnalla tapahtuvaan liukumiseen liittyvät artefaktat.