Introduction
Le taux de cisaillement intéressant pour les mesures rhéologiques dépend de l'application. Dans un processus rapide comme la pulvérisation, où le matériau est rapidement poussé à travers un orifice, des taux de cisaillement élevés allant jusqu'à 100 000 s-1 sont impliqués. Au contraire, l'extrusion d'un polymère, dont la viscosité est beaucoup plus élevée, se fait à des vitesses nettement inférieures, généralement plus de 1 000 fois inférieures. Des taux de cisaillement encore plus faibles sont utilisés pour décrire des processus très lents tels que le nivellement.
Versions du rhéomètre
Le choix du rhéomètre dépend du taux de cisaillement requis. Alors que le Kinexus, en tant que rhéomètre rotatif, est l'instrument de choix pour mesurer les faibles taux de cisaillement, on utilisera un rhéomètre capillaire Rosand pour atteindre des taux de cisaillement élevés, jusqu'à 1 000 000 s-1.
Dans ce qui suit, la courbe de viscosité d'un matériau en polypropylène est obtenue sur près de 7 décennies. Pour ce faire, on utilise à la fois un rhéomètre rotatif Kinexus ( NETZSCH ) et un rhéomètre capillaire Rosand ( NETZSCH ) (voir les conditions de mesure dans le tableau 1).
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Instrument | Kinexus |
|---|---|
| Échantillon | Polypropylène |
| Géométrie | plaque, diamètre : 25 mm |
| Température | 190°C |
| Ecart de mesure | 1 mm |
| Fréquence | 10-3 à 10 Hz |
| ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.Contrainte de cisaillement | 1 000 Pa |
| Instrument | Rosand |
|---|---|
| Température d'utilisation | 190°C |
| Filière capillaire | Diamètre : 1 mm et 0,5 mm, Longueur : 16 mm |
| Filière zéro | Diamètre : 1 mm et 0,5 mm, longueur : 0,25 mm |
| Capteur de pression côté capillaire | 10 000 Psi (689,5 bar) |
| Transducteur de pression côté zéro | 1 500 Psi (103,4 bar) |
Remarques sur les conditions de mesure
- Rhéomètre rotatif Kinexus
Un balayage de fréquence a été effectué, et non, comme on pourrait le penser, une mesure de rotation. Dans ce cas, la règle de Cox-Merz a été utilisée, qui stipule que pour les polymères non chargés, la viscosité de cisaillement complexe en fonction de la fréquence donne les mêmes valeurs que la viscosité de cisaillement en fonction du taux de cisaillement. Les mesures d'oscillation présentent l'avantage, par rapport aux mesures de rotation, que le matériau est mesuré au repos. Ainsi, le polymère n'est pas soumis à des forces centrifuges et ne sortira pas de la fente comme cela pourrait se produire lors de mesures rotatives à des taux de cisaillement élevés. Vous trouverez de plus amples informations à ce sujet dans les notes d'application 236 et 243 [1, 2]. - Rhéomètre capillaire Rosand
La filière de 1 mm de diamètre a été utilisée pour obtenir des taux de cisaillement allant jusqu'à 10 000 s-1, tandis que des taux de cisaillement plus élevés ont été atteints avec la filière de 0,5 mm de diamètre.
Résultats des mesures
La figure 1 illustre la courbe de viscosité composite du polypropylène mesurée dans les rhéomètres rotatif et capillaire. Dans la plage des faibles taux de cisaillement, le matériau présente un comportement newtonien : La viscosité de cisaillement ne dépend pas du taux de cisaillement. Dans ce plateau de cisaillement nul, la viscosité de cisaillement s'élève à 4400 Pa-s.
Pour des taux de cisaillement plus élevés, le polymère s'amincit par cisaillement : Sa viscosité de cisaillement diminue avec l'augmentation des taux de cisaillement. Dans cette plage, la ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.contrainte de cisaillement appliquée est suffisamment élevée pour démêler les chaînes de polymère. Elles peuvent glisser l'une contre l'autre, ce qui facilite l'écoulement et explique la diminution de la viscosité de cisaillement.
Conclusion
Grâce à cette combinaison unique de mesures par rhéomètre rotatif et capillaire offerte par NETZSCH, on obtient des plages de taux de cisaillement très étendues. Ceci est important, par exemple, pour les polymères, car leur comportement dépend fortement du taux de cisaillement auquel ils sont soumis.