Bevezetés
Sok összetett folyadék, például hálózatot alkotó polimerek, felületaktív mezofázisok és koncentrált emulziók nem áramlanak, amíg az alkalmazott feszültség meg nem halad egy bizonyos kritikus értéket, az úgynevezett folyáshatárt. Az ilyen viselkedést mutató anyagokról azt mondjuk, hogy folyási folyásviselkedést mutatnak. A Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár tehát az a feszültség, amelyet a mintára alkalmazni kell, mielőtt az áramlásnak indul. A Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár alatt a minta rugalmasan deformálódik (mint egy rugó nyújtása), a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár felett a minta folyadékként folyik.
A legtöbb folyékony anyag folyáshatárral rendelkező folyadékot úgy tekinthetjük, mint egy szerkezeti vázat, amely a rendszer teljes térfogatára kiterjed. A váz szilárdságát a diszpergált fázis szerkezete és kölcsönhatásai határozzák meg. Normális esetben a folytonos fázis viszkozitása alacsony, azonban a diszpergált fázis nagy térfogatfrakciói ezerszeresére növelhetik a viszkozitást, és nyugalmi állapotban szilárdtest-szerű viselkedést idézhetnek elő. Amikor egy komplex, folyási viselkedést mutató folyadékot alacsony nyírási sebességgel, 0,01 -0,1 s-1 közötti tartományban és a kritikus alakváltozás alatt nyírunk, a rendszer munkakeményedésnek van kitéve. Ez a szilárdtest-szerű viselkedésre jellemző, és a nyírási mezőben megnyújtott rugalmas elemek eredménye. Amikor az ilyen rugalmas elemek megközelítik a kritikus alakváltozásukat, a szerkezet elkezd szétesni, ami nyírási elvékonyodást (nyúlási lágyulást) és ebből következően áramlást okoz. Az a feszültség, amelynél a szerkezeti váznak ez a katasztrofális összeomlása bekövetkezik, a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár.
A Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár meghatározására számos kísérleti vizsgálat létezik. Gyakran alkalmaznak nyírófeszültségi rámpát, mivel ez egy egyszerű és gyors módszer a folyási feszültség meghatározására, azonban pontosabb módszer a kúszásvizsgálatok sorozatának elvégzése, és az engedékenység-idő görbe gradiensének változását figyelni [1].
A vizsgált anyag jellegétől függően a kúszási válasz igen eltérő lehet, amint azt az 1. ábra szemlélteti.
Mivel az alakváltozás tényleges változása az alkalmazott feszültségtől függ, ezért általában nem az alakváltozásról, hanem az engedékenységről szokás beszélni. A kúszó nyírási engedékenység (J) az előre beállított nyírófeszültség (σ) és a keletkező alakváltozás (γ) segítségével határozható meg:
Ezt a fogalmat használva a különböző feszültségek alkalmazásával előállított kúszási görbék közvetlenül összehasonlíthatók. Minden J(t) görbe átfedésben van egymással, függetlenül az alkalmazott feszültségtől, amíg a feszültség a lineáris viszkoelasztikus tartományon belül van. Amikor ez a kritérium már nem teljesül, az anyagot folyósodottnak tekintjük. Ezt szemlélteti a 2. ábra, amelyből a vizsgált minta esetében arra lehet következtetni, hogy a folyási feszültség 3 és 4 Pa között van, mivel 4 Pa-nál a görbe már nem követi ugyanazt a profilt. Ez az alkalmazási megjegyzés egy hidratáló testápoló krém többszörös kúszásvizsgálatának módszertanát és adatait mutatja be.
Kísérleti
- Az értékeléshez egy kereskedelmi forgalomban kapható hidratáló krémet használtak mintaként.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezes patronnal és kúp- és lemezes mérőrendszerrel2 felszerelt Kinexus reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált standard szekvenciákat használva.
- Egy szabványos betöltési szekvenciát használtunk annak biztosítására, hogy a minta következetes és ellenőrizhető betöltési protokollnak legyen kitéve.
- Egy sor kúszásvizsgálatot végeztünk hét különböző, 30 Pa és 66 Pa közötti feszültséggel.
- Minden kúszásvizsgálatot egy meghatározott idő (120 s) után leállítottak, majd a kúszásvizsgálatok között azonos időtartamú helyreállítási vizsgálatot végeztek.
- Minden reológiai mérést 25 °C-on végeztünk, hacsak külön nem jeleztük.
Eredmények és vita
A 3. ábra összehasonlítja a kúszási engedékenységet (J) az idő függvényében mind a hét feszültségnél. 42 Pa alatt a hajlékonysági görbék egymás fölött helyezkednek el, és úgy tűnik, hogy a hajlékonyság nem növekszik az idővel, ami arra utal, hogy e feszültség alatt nem történik áramlás, azaz az anyag viszkoelasztikus szilárd anyagként viselkedik.
48 Pa-nál a gradiensben észrevehető változás következik be, ami időfüggő viselkedésre, tehát viszkózus áramlásra utal. Ez talán még világosabban látható a 4. ábrán, amely a 120 másodperces kúszási vizsgálatot követően az egyes feszültségeknél mért végső megfelelőséget mutatja. Az utóbbi ábrából arra lehet következtetni, hogy az emulziós termék folyáshatára 42 és 48 Pa között van.
A folyáshatár pontosabb becsléséhez meg kellene ismételni a vizsgálatot a feszültségnek e két érték közötti small fokozatos növelésével, és hasonló módon ki kellene értékelni.
Következtetés
A vizsgált hidratáló krém esetében a maximális feszültség, ahol a megfelelőség a lineáris viszkoelasztikus tartományon belül van, 42 Pa, míg 48 Pa-nál a folyáshatár túllépése következik be. A folyáshatár értéke tehát 42 Pa és 48 Pa között van. Az anyag folyáshatárának pontosabb értékéhez további vizsgálati ismétlésekre van szükség ebben a szűk feszültségsávban. A többszörös kúszásvizsgálat a folyási feszültség levezetésére pontos módszer, de több ismétlést és helyes felhasználói értelmezést igényelhet.
Kérjük, vegye figyelembe ...
hogy párhuzamos lemezgeometria is használható - ez a geometria előnyösebb a large részecskeméretű diszperziók és emulziók esetében. Az ilyen anyagtípusok megkövetelhetik a fogazott vagy érdesített geometria használatát is, hogy elkerüljék a geometria felületén történő csúszással kapcsolatos műtermékeket.