Introduction
De nombreux fluides complexes, tels que les polymères formant un réseau, les mésophases de tensioactifs et les émulsions concentrées, ne s'écoulent pas tant que la contrainte appliquée ne dépasse pas une certaine valeur critique, connue sous le nom de limite d'élasticité. Les matériaux présentant ce comportement sont dits présenter un comportement d'écoulement à la limite d'élasticité. La limite d'élasticité est donc définie comme la contrainte qui doit être appliquée à l'échantillon avant qu'il ne commence à s'écouler. En dessous de la limite d'élasticité, l'échantillon se déforme de manière élastique (comme on étire un ressort), tandis qu'au-dessus de la limite d'élasticité, l'échantillon s'écoule comme un liquide.
La plupart des fluides ayant une limite d'élasticité peuvent être considérés comme un squelette structurel qui s'étend sur tout le volume du système. La solidité du squelette est régie par la structure de la phase dispersée et ses interactions. Normalement, la phase continue a une faible viscosité, mais des fractions volumiques élevées d'une phase dispersée peuvent augmenter la viscosité d'un millier de fois et induire un comportement de type solide au repos.
Lorsqu'un fluide complexe qui présente un comportement d'écoulement est cisaillé à des taux de cisaillement faibles, de l'ordre de 0,01 à 0,1 s-1 et en dessous de sa déformation critique, le système est soumis à un Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement par écrouissage. Ce phénomène est caractéristique d'un comportement solide et résulte de l'étirement d'éléments élastiques dans le champ de cisaillement. Lorsque ces éléments élastiques approchent de leur déformation critique, la structure commence à se décomposer, ce qui provoque un Effet de cisaillementLe type le plus courant de comportement non newtonien est l'amincissement par cisaillement ou l'écoulement pseudoplastique, où la viscosité du fluide diminue avec l'augmentation du cisaillement.amincissement par cisaillement (adoucissement de la déformation) et un écoulement consécutif. La contrainte à laquelle cette rupture catastrophique du squelette structurel se produit est la limite d'élasticité.
Il existe un certain nombre de tests expérimentaux pour déterminer la limite d'élasticité. L'une des méthodes les plus rapides et les plus simples consiste à effectuer un balayage de la contrainte de cisaillement et à déterminer la contrainte à laquelle un pic de viscosité est observé. Avant ce pic de viscosité, le matériau subit une déformation élastique. Ce pic représente donc le point où la structure élastique se brise (cède) et où le matériau commence à s'écouler. Ce phénomène est illustré à la figure 1.
Cette note d'application présente la méthodologie et les données d'un test de rampe de Le stressLe stress est défini comme un niveau de force appliqué à un échantillon dont la section transversale est bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons ayant une section circulaire ou rectangulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme le caoutchouc peuvent être étirés jusqu'à 5 à 10 fois leur longueur initiale.stress pour deux produits de gel douche (bodywash) avec des formulations différentes.
La limite d'élasticité est définie comme la contrainte qui doit être appliquée à l'échantillon avant qu'il ne commence à s'écouler.
Expérimental
- Deux gels douche commerciaux ont été évalués, l'un contenant uniquement un tensioactif et l'autre contenant un tensioactif et un épaississant associatif.
- Les mesures au rhéomètre rotatif ont été effectuées à l'aide d'un rhéomètre Kinexus équipé d'une cartouche à plaque Peltier et d'un système de mesure à cône et à plaque1, et en utilisant des séquences standard préconfigurées dans le logiciel rSpace.
- Une séquence de chargement standard a été utilisée pour s'assurer que l'échantillon était soumis à un protocole de chargement cohérent et contrôlable.
- Une rampe de contrainte de cisaillement a été effectuée et les données ont été analysées en utilisant une analyse de crête pour déterminer la limite d'élasticité.
- Toutes les mesures rhéologiques ont été effectuées à 25°C.
Résultats et discussion
La figure 2 montre les courbes de viscosité en fonction de la contrainte pour les deux échantillons de gel douche dans le test de rampe de contrainte. Les données pour le gel douche 2 montrent un pic de viscosité clair dans l'essai de rampe de contrainte, alors que les données pour le gel douche 1 sont relativement plates. Cela signifie que le gel douche 2 présente un écrouissage associé à une limite d'élasticité, tandis que le gel douche 1 se comporte comme un liquide avec une viscosité de cisaillement nulle. La limite d'élasticité mesurée pour le lait de corps 2 était de 4 Pa. Dans certains cas, les liquides viscoélastiques peuvent présenter un léger pic de viscosité même s'ils ne possèdent pas de véritable limite d'élasticité.
Dans ce cas, l'utilisateur doit faire preuve de discernement ou confirmer l'absence de viscosité à cisaillement nul à l'aide d'un autre test tel qu'un test de fluage ou un test de taux de cisaillement pour confirmer l'absence de viscosité à cisaillement nul2.
Conclusion
Deux gels douche ont été comparés à l'aide d'un test de rampe de contrainte d'élasticité sur un rhéomètre rotatif. Le gel douche 2, qui contient un épaississant associatif, présente une limite d'élasticité de 4 Pa. Le gel douche 1 ne présente pas de pic de viscosité lors de l'essai de rampe de contrainte et est donc considéré comme n'ayant pas de limite d'élasticité.
1Veuilleznoter que les essais peuvent être réalisés avec une géométrie de type cône et plaque ou plaque parallèle, cette dernière étant préférée pour les dispersions et les émulsions dont la taille des particules est de large. Ces types de matériaux peuvent également nécessiter l'utilisation de géométries dentelées ou rugueuses pour éviter les artefacts liés au glissement à la surface de la géométrie.