08.01.2024 by Dr. Shona Marsh
Reologian käyttö nopeampaan ja älykkäämpään materiaalien muotoiluun
Reologia mielletään usein teoreettiseksi, hyvin matemaattiseksi tieteenalaksi, mutta itse asiassa sillä on todellista käytännön merkitystä määriteltäessä monenlaisten materiaalien, kuten polymeerien, asfaltin, kosmetiikan, elintarvikkeiden, maalien, musteiden, veren ja paljon muuta, reologista käyttäytymistä.
Reologia on läsnä kaikkialla ympärillämme, ja teemme jatkuvasti reologisia testejä aina, kun kohdistamme voimaa johonkin näistä materiaaleista, jotta saamme sen virtaamaan halutulla nopeudella, olipa kyse sitten hammastahnan puristamisesta, sementin levittämisestä tai ruoan pureskelusta. Sovelletun voiman (jännityksen) ja mitatun muodonmuutoksen (venymän) tai virtausnopeuden (venymänopeuden) suhde määrää tällaisen käyttäytymisen, ja se liittyy reologisiin materiaaliominaisuuksiin, kuten moduuliin (jännitys/venymä) tai viskositeettiin (jännitys/venymänopeus), joiden tunteminen auttaa ennustamaan, miten materiaalin tilavuus käyttäytyy tietyssä voimassa tai muodonmuutoksessa.
Arvioimme materiaalin moduulin, kimmoisuuden tai viskositeetin laadullisesti aistiemme avulla, kun kosketamme materiaalia fyysisesti.
Teemme kuitenkin laadullisia reologisia arvioita myös silmämääräisesti, esimerkiksi voimme usein erottaa kahden erilaisen ketsuppinäytteen reologisten ominaisuuksien erot sen perusteella, miten ne istuvat lautasella. Tällaiset arviot ovat subjektiivisia, eikä niitä useimmissa tapauksissa voida määrittää määrällisesti muuten kuin vertailevan paneelin pisteytyksen avulla, jossa eri tuotteita voidaan luokitella paksuuden, jäntevyyden, tarttuvuuden ja niin edelleen perusteella.
Vaikka tällainen palaute on tärkeää erityisesti elintarvike- ja hygieniateollisuudelle, se on jokseenkin epäkäytännöllistä tuotekehityksen alkuvaiheessa, jolloin on usein olemassa large määrä reseptiehdokkaita. Siksi objektiiviset mittarit, jotka korreloivat luotettavasti tuotteen suorituskyvyn keskeisten näkökohtien kanssa, ovat erittäin arvokkaita.
Tällaisia objektiivisia mittareita voidaan saada käyttämällä reometriaa ja erityisesti rotaatioreometriaa, jossa on mahdollista mitata monimutkaisten materiaalien viskositeetti- ja viskoelastisia ominaisuuksia olosuhteissa, jotka ovat merkityksellisiä kiinnostavan sovelluksen tai prosessin kannalta. Keskeistä reologian menestyksekkäälle käytölle on tunnistaa asiaankuuluvat parametrit, jotka korreloivat suoraan suorituskyvyn kanssa. Merkityksellisyyden varmistaminen edellyttää seuraavien seikkojen huolellista tarkastelua:
.
- Mitä testiä minun pitäisi käyttää?
- Mitä reologisia parametreja minun pitäisi mitata?
- Mitä testiolosuhteita olisi sovellettava?
- Miten tulkitaan saadut tulokset?
- Mitä tiedot tarkoittavat?
Tällaisiin kysymyksiin ei ole aina helppo vastata, minkä vuoksi Kinexus Prime -reometrijärjestelmää kehitettäessä kiinnitettiin paljon huomiota siihen, että reologiset testit olisivat helposti aloittelijan ulottuvilla, mutta samalla ne tarjoaisivat kehittyneitä toimintoja ja joustavuutta asiantuntijakäyttäjille. Tämä toteutettiin rSpace -ohjelmistolla, jossa käytetään standardikäytäntöjä (SOP) ja sisäänrakennettua älykkyyttä tarjoamaan tukea kaikissa mittausprosessin vaiheissa; näytteen lataamisen, mittauksen, analysoinnin ja tulosten tulkinnan kautta. Kaikkien tavanomaisten reologisten testien lisäksi on myös kokoelma rSolution-mittauksia, joilla voidaan vertailla suorituskykyä ja materiaaliominaisuuksia suhteessa tekstuuriin, leviämiskäyttäytymiseen, myötöjännitykseen, tuotteen toimitusominaisuuksiin, koostumuksen vakauteen ja jopa tarttuvuustesteihin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että reologia on sekä käytännöllinen että tärkeä formulointityökalu, joka voi antaa tärkeää tietoa tuotteen mikrorakenteesta ja suorituskyvystä. Onnistumisen avain on se, että tiedetään, mitä testejä käytetään ja miten asianmukaiset mittaukset tehdään, ja NETZSCH:n reologian asiantuntijat voivat auttaa tässä asiassa.
Lue lisää large kapillaari- ja rotaatioreometrien tuotevalikoimastamme:
Lisätietoja löydät tuotesivuiltamme:
