08.01.2024 by Dr. Shona Marsh
Utiliser la rhéologie pour une formulation plus rapide et plus intelligente des matériaux
La rhéologie est souvent perçue comme une discipline théorique, hautement mathématique, mais en fait, elle a une réelle pertinence pratique pour définir le comportement rhéologique d'une large gamme de matériaux, notamment les polymères, l'asphalte, les cosmétiques, les aliments, les peintures, les encres, le sang et bien d'autres encore.
Larhéologie est omniprésente et nous effectuons constamment des essais rhéologiques chaque fois que nous appliquons une force à l'un de ces matériaux, afin de le déformer ou de le faire s'écouler à la vitesse souhaitée, qu'il s'agisse de presser du dentifrice, d'étaler du ciment ou de mâcher de la nourriture. Le rapport entre la force appliquée (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) et la DéformationLa Déformation décrit une déformation d’un matériau qui subit une contrainte ou une force mécanique externe. Les formulations d’élastomères présentent des propriétés de fluage, si une charge constante est appliquée.déformation mesurée (déformation) ou le débit (vitesse de déformation) régit ce comportement et est lié aux propriétés rhéologiques du matériau, telles que le module (contrainte/déformation) ou la viscosité (contrainte/taux de déformation), dont la connaissance permet de prédire le comportement d'un volume de matériau sous l'effet d'une force ou d'une déformation donnée.
Nous évaluons qualitativement le module, l'élasticité ou la viscosité d'un matériau par nos sens lorsque nous le touchons physiquement.
Toutefois, nous procédons également à des évaluations rhéologiques qualitatives par la vue. Par exemple, nous pouvons souvent distinguer les différences entre les propriétés rhéologiques de deux échantillons de ketchup différents par la façon dont ils sont posés sur l'assiette. Ces évaluations sont subjectives et, dans la plupart des cas, ne peuvent pas être quantifiées, si ce n'est par un panel comparatif qui peut classer les différents produits en fonction de leur épaisseur, de leur consistance, de leur adhésivité, etc.
Bien que ce type de retour d'information soit important, en particulier pour les industries de l'alimentation et des soins personnels, il est quelque peu impraticable aux premiers stades du développement des produits, où il existe souvent un nombre de candidats à la formulation ( large ). Par conséquent, les mesures objectives qui établissent une corrélation fiable avec les aspects clés de la performance du produit sont extrêmement précieuses.
Ces mesures objectives peuvent être obtenues à l'aide de la rhéométrie, et en particulier de la rhéométrie rotative, qui permet de mesurer à la fois la viscosité et les propriétés viscoélastiques de matériaux complexes dans des conditions adaptées à l'application ou au processus en question. La clé d'une utilisation réussie de la rhéologie est l'identification des paramètres pertinents qui sont en corrélation directe avec l'aspect de la performance. Pour garantir la pertinence, il convient d'examiner attentivement les questions suivantes :
- Quel test dois-je appliquer ?
- Quels paramètres rhéologiques dois-je mesurer ?
- Quelles sont les conditions d'essai à appliquer ?
- Comment interpréter les résultats obtenus ?
- Que signifient les données ?
Il n'est pas toujours facile de répondre à de telles questions. C'est pourquoi une attention particulière a été portée au développement de la plateforme de rhéomètre Kinexus Prime, dont l'objectif était de rendre les essais rhéologiques facilement accessibles aux novices tout en offrant des fonctionnalités avancées et une grande flexibilité aux utilisateurs expérimentés. Ceci a été réalisé grâce au logiciel rSpace qui utilise une approche de procédure opérationnelle standard (POS) et une intelligence intégrée pour fournir une assistance à chaque aspect du processus de mesure : chargement de l'échantillon, mesure, analyse et interprétation des résultats. En plus de tous les tests rhéologiques standard, il existe également une collection de mesures rSolution dédiées à l'évaluation des performances et des propriétés des matériaux en ce qui concerne la texture, le comportement d'étalement, la limite d'élasticité, les caractéristiques de livraison du produit, la stabilité de la formulation et même les tests d'adhérence.
En résumé, la rhéologie est un outil de formulation à la fois pratique et important qui peut donner un aperçu de la microstructure et des performances du produit. Savoir quel test appliquer et comment effectuer les mesures pertinentes est la clé du succès, et c'est ce que les spécialistes en rhéologie de NETZSCHsont en mesure de faire.
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