Introduction
La gamme variée de géométries de mesure, disponible avec le rhéomètre rotatif Kinexus, permet la caractérisation rhéologique d'un large éventail de matériaux dans diverses applications. Certaines applications nécessitent des volumes small, par exemple dans l'industrie pharmaceutique, où les matériaux sont souvent coûteux et testés sur des quantités limitées. Ce volume d'échantillon limité peut être associé à des applications nécessitant des taux de cisaillement élevés, par exemple pour la pulvérisation.
Système Mooney Ewart
Le système Mooney Ewart (figure 1) est une géométrie spéciale de bob à coupelle utilisée pour des applications qui combinent des quantités d'échantillons small avec des taux de cisaillement élevés. L'échantillon est placé dans l'espace annulaire entre deux cylindres de géométrie définie. Tandis que le cylindre extérieur (coupelle) est immobile, le cylindre intérieur coaxial (bob) tourne à une vitesse définie. L'espace est plus petit que dans les autres systèmes à coupelle et bob. Cela présente deux avantages :
- Des taux de cisaillement plus élevés peuvent être atteints
- Des volumes d'échantillons plus faibles sont nécessaires
Conditions de mesure
Dans ce qui suit, les mesures effectuées avec une géométrie cône-plaque et avec le système Mooney Ewart sont comparées. Le matériau testé est une huile de silicone dont la viscosité est connue.
Tableau 1 : Paramètres de mesure
| Géométrie | CP1/40 (cône/plaque, cône : 1°, Ø : 4 mm) | Mooney Ewart : 0.5 à 1 ml |
| Température d'utilisation | 25°C | |
| Taux de cisaillement | 1 à 10 000 s-1 | |
Résultats des mesures
La figure 2 illustre les courbes de viscosité de cisaillement résultant des deux mesures par rapport à la courbe attendue de l'huile de silicone. Dans la plage de taux de cisaillement allant jusqu'à 1 000 s-1, les deux mesures donnent les mêmes valeurs de viscosité de cisaillement (différence entre la valeur mesurée et la valeur spécifiée inférieure à 2 %).
Ensuite, la courbe de viscosité de cisaillement obtenue avec la géométrie cône/plaque indique un comportement d'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. Cela est dû à l'augmentation de la température de l'échantillon causée par le chauffage par cisaillement. En revanche, la courbe obtenue avec le système Mooney Ewart reflète davantage le comportement newtonien attendu de l'échantillon. À partir de 6 300 s-1, l'écoulement laminaire devient instable en raison des forces centrifuges, ce qui entraîne un écoulement secondaire (tourbillon de Taylor). Cela entraîne une augmentation apparente de la viscosité de cisaillement.
Cette comparaison des courbes de viscosité de cisaillement enregistrées avec les deux géométries démontre l'élargissement de la plage de taux de cisaillement obtenue avec le système d'Ewart Mooney par rapport à celle que l'on peut obtenir avec la géométrie cône/plaque.
Conclusion
Les mesures rhéologiques dans un système cône/plaque sont généralement limitées à une plage de taux de cisaillement spécifique en raison de la vidange de l'espace à des taux de cisaillement élevés. Les applications liées à des taux de cisaillement plus élevés nécessitent une autre méthode, par exemple le rhéomètre capillaire Rosand. Dans ce cas, des taux de cisaillement allant jusqu'à 1 000 000 s-1 sont possibles. Cependant, ils nécessitent une plus grande quantité de matériau. Une solution pour étendre la plage de taux de cisaillement pour de faibles volumes d'échantillons est de travailler avec le système Ewart Mooney dans le rhéomètre rotatif Kinexus.