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 ezt követő áramlást okoz. Ez egybeesik a nyírófeszültség csúcsértékével, amely megegyezik a folyáshatárral. Ez az 1. ábrán látható.
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 az a feszültség, amelyet a mintára alkalmazni kell, mielőtt az áramlásnak indul.
Általában alacsony nyírási sebességet alkalmaznak ezekben a vizsgálatokban, hogy figyelembe vegyék az anyag időRelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs tulajdonságait, bár különböző nyírási sebességek is alkalmazhatók az adott alkalmazástól függően. Az olyan gyors folyamatok, mint az adagolás, rövid idő alatt játszódnak le, ami nagyobb nyírási sebességnek felel meg, míg az üledékkel/habosodással szembeni stabilitás hosszabb idő alatt játszódik le, és jobban értékelhető alacsonyabb nyírási sebességgel. Mivel a folyáshatár általában időfüggő tulajdonság, a mért értékek eltérőek lehetnek. A 0,01 s-1 nyírási sebességet azonban általában ilyen vizsgálatban használják, és úgy találták, hogy jó egyezést mutat más folyáshatár-módszerekkel, például a kúszásvizsgálattal [1].
Ez az alkalmazási megjegyzés egy testápoló krém feszültségnövekedési vizsgálatának módszertanát és adatait mutatja be.
Kísérleti
- Az elemzéshez egy kereskedelmi forgalomban kapható testápolót választottunk.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezes patronnal és 40 mm-es érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel (a minta csúszásának elkerülése érdekében a geometriai felületeken)2 felszerelt Kinexus reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált standard szekvenciákat használva.
- A párhuzamos lemezgeometria nyírási pozícióját az rSpace szoftverben 100%-ra állítottuk be (a geometria-adatbázis felhasználásával), hogy a feszültséget a folyás kezdeténél mérjük.
- Egy szabványos terhelési szekvenciát alkalmaztunk annak biztosítása érdekében, hogy a minta következetes és ellenőrizhető terhelési protokollnak legyen kitéve.
- Egyszeri nyírási sebességű vizsgálatot végeztünk 0,01 s-1 nyírási sebességgel, és megmértük a feszültség alakulását az idő függvényében.
- Az adatokat csúcselemzéssel elemeztük a folyási feszültség meghatározásához.
- Minden reológiai mérést 25 °C-on végeztünk.
Eredmények és vita
A 2. ábra a testápoló minta feszültség-idő görbéjét mutatja. A feszültség eredetileg az alakváltozás növelésével növekszik, és a kritikus alakváltozásnál éri el a csúcsértéket, amely megegyezik a folyáshatárral.
1. táblázat: A testápoló minta feszültségfejlődési görbéjének csúcselemzési eredményei
| Minta Leírás | Tiszta testápoló |
|---|---|
| Kísérlet neve | a folyási feszültség meghatározása feszültségnövekedéssel |
| Művelet neve | a folyáshatár vizsgálata Pontindex |
| Pontindex | 1 |
| Nyírófeszültség (Pa) | 75.42 |
Nyírási viszkozitás (Pas) | 7.53E+003 |
Ezt a csúcsértéket a csúcselemzésből automatikusan meghatározzák, és az rSpace szoftverben táblázatos formában jelentik vissza az 1. táblázatban látható módon. A bejelentett folyáshatár értéke erre a testápolóra 75,4 Pa, és ez körülbelül 0,5 (50%) alakváltozásnál következik be.
Amint a bevezetőben említettük, egyes anyagok esetében a mért folyáshatár függhet a nyírási sebességtől, különösen akkor, ha idővel jelentős szerkezeti relaxáció következik be. Ezekben az esetekben nagyobb nyírási sebesség esetén magasabb folyáshatár figyelhető meg, mivel a szerkezetnek kevesebb ideje van a RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációra.
Például ugyanaz a feszültségnövekedési vizsgálat, amelyet ugyanazon a testápolóval 0,01 s-1 helyett 0,1 s-1 nyírási sebességgel végeztek, 82 Pa folyáshatárt eredményezett.
Következtetés
A feszültségnövekedés egy gyors és pontos vizsgálat az anyag folyási feszültségének meghatározására. Fontos azonban, hogy az összehasonlító vizsgálatokhoz állandó nyírási sebességet alkalmazzunk, mivel a különböző nyírási sebességek a vizsgált anyag RelaxációAmikor egy gumikeverékre állandó feszültséget alkalmazunk, a feszültség fenntartásához szükséges erő nem állandó, hanem idővel csökken; ezt a viselkedést nevezzük feszültségrelaxációnak. A feszültséglazulásért felelős folyamat lehet fizikai vagy kémiai, és normál körülmények között mindkettő egyszerre következik be. relaxációs viselkedésétől függően eltérő eredményeket adhatnak.
Kérjük, vegye figyelembe ...
hogy a vizsgálatot kúp és lemez vagy párhuzamos lemezgeometriával lehet elvégezni - az utóbbi a large szemcseméretű diszperziók és emulziók esetében előnyösebb. Az ilyen anyagtípusoknál fogazott vagy érdesített geometriák alkalmazása is szükséges lehet a geometria felületén történő csúszásból eredő artefaktumok elkerülése érdekében.