Introduction
Les géométries créant un profil de taux de cisaillement uniforme, telles que les systèmes cône/plaque et cylindrique, sont préférées pour les mesures rotatives car elles permettent d'obtenir des valeurs absolues de la viscosité de cisaillement. Le taux de cisaillement et la contrainte de cisaillement appliqués à l'échantillon sont clairement définis en utilisant l'écart de mesure avec le déplacement et le couple, respectivement.
Cependant, une grande variété de matériaux ne peut être mesurée avec de telles géométries, par exemple s'il y a sédimentation ou si l'échantillon contient des particules de la taille de large. Dans ces cas, la détermination de la viscosité doit être effectuée à l'aide d'un appareil de mesure de la viscosité. Dans ces cas, la détermination de la viscosité est encore possible en utilisant une géométrie "relative", appelée ainsi parce que le profil du taux de cisaillement n'est pas entièrement uniforme.
La figure 1 illustre l'une de ces géométries. La bille orbitale double a été développée pour les mesures sur les matériaux de construction qui contiennent souvent des particules large.
Les mesures effectuées sur deux échantillons avec la bille orbitale double et le même appareil peuvent être comparées entre elles. Cependant, il faut garder à l'esprit qu'elles ne sont pas correctes à 100 % en raison du champ de cisaillement non uniforme appliqué.
Dans la discussion qui suit, une mesure effectuée avec une géométrie absolue est comparée à une mesure effectuée avec la bille orbitale jumelle.
Paramètres de mesure
Une mesure de rotation (viscosité) a été effectuée sur une peinture murale avec la bille orbitale double (géométrie relative) et un système cône/plaque (géométrie absolue).
Les conditions utilisées pour les essais sont résumées dans le tableau 1.
Pour tous les rhéomètres, les constantes géométriques sont utilisées comme facteurs de conversion, en prenant les paramètres de l'instrument tels que le couple et le déplacement, et en les convertissant en contrainte et en taux de cisaillement. Pour le cône et la plaque, ces constantes sont bien définies1. Pour une géométrie relative, telle que la boule orbitale double, une procédure alternative2 est utilisée pour obtenir une concordance étroite avec la géométrie absolue.
1 Macosko CW : Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH : Simple method for determining 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 and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Tableau 1 : Conditions d'essai
| Échantillon | Peinture murale | |
| Appareil | Kinexus ultra + | |
| Géométrie | Absolu : CP1/40 (plaque conique, diamètre : 40 mm, angle du cône : 1°) | Boule orbitale double |
| Écart | 26 μm | 1 mm (Distance entre les billes et le fond de la coupelle) |
| Taux de cisaillement | 0.1 à 100 s-1 | |
Résultats des mesures
La figure 2 présente les courbes résultantes des deux mesures pendant la mesure de viscosité en régime permanent entre 0,1 et 100 s-1.
Les courbes montrent une bonne concordance entre les valeurs de viscosité de cisaillement obtenues avec la bille orbitale jumelle et celles provenant de la mesure avec le système cône/plaque sur les trois décennies de taux de cisaillement.
Conclusion
Une géométrie absolue telle qu'une géométrie cône/plaque est le premier choix pour obtenir des valeurs de viscosité de cisaillement. Cependant, si l'échantillon est très instable, c'est-à-dire s'il y a sédimentation ou séparation, ou si l'échantillon contient des particules large, une géométrie absolue n'est pas appropriée car les valeurs de viscosité de cisaillement ne sont pas représentatives. La bille orbitale double fournit des informations plus cohérentes et plus représentatives sur la viscosité de l'échantillon au cours des essais rhéologiques. Dans cet exemple, il a été démontré que les mesures effectuées avec la géométrie de la bille orbitale double fournissent des valeurs de viscosité de cisaillement représentatives d'un matériau.