Bevezetés
Míg a legtöbb szuszpenzió és polimer szerkezetű anyag nyírási hígulásos, egyes anyagok nyírási sűrítéses viselkedést is mutathatnak, ahol a viszkozitás a nyírási sebesség vagy a nyírási feszültség növekedésével nő. Ezt a jelenséget gyakran nevezik dilatanciának is, és bár ez a Nyírási sűrítésMíg a legtöbb szuszpenzió és polimer szerkezetű anyag nyírási hígulásos, egyes anyagok nyírási sűrítéses viselkedést is mutathatnak, ahol a viszkozitás a nyírási sebesség vagy a nyírási feszültség növekedésével nő.nyírási sűrítés egy konkrét mechanizmusára utal, a kifejezéseket gyakran felváltva használják. A legtöbb esetben a nyírási sűrűsödés a nyírási sebességek egy évtizede alatt következik be, és alacsonyabb és magasabb nyírási sebességeknél is lehet egy-egy nyírási hígulással jellemezhető régió.
Általában a nagy koncentrációjú szilárd részecskéket tartalmazó diszperziók vagy részecskeszuszpenziók, paszták, asszociatív polimerek, mint például a HASE, HEUR polimerek stb. mutatnak nyírási sűrítést. A nyírási sűrítést mutató anyagok sokkal ritkábban fordulnak elő az ipari alkalmazásokban, mint a nyírási hígulást mutató anyagok, azonban ahol nyírási sűrítést mutató anyagokkal találkozunk, azok súlyos feldolgozási problémákhoz vezethetnek. Azok az anyagok, amelyek nyírás hatására mikroszerkezeti vagy orientációs változásokon mennek keresztül, amelyek megnövekedett áramlási ellenálláshoz vezetnek, általában nyírási sűrűsödést mutatnak.
A szuszpenziók esetében ez általában olyan anyagokban fordul elő, amelyek kisebb nyírási sebességek és nyírófeszültségek esetén nyírási elvékonyodást mutatnak. Kritikus nyírófeszültség vagy nyírási sebesség esetén a Nyírási elvékonyodásA nem-newtoni viselkedés leggyakoribb típusa a nyírási hígulás vagy pszeudoplasztikus áramlás, ahol a folyadék viszkozitása a nyírás növekedésével csökken.nyírási elvékonyodásért felelős szervezett áramlási rendszer megszakad, és úgynevezett "hidro-cluster" kialakulás vagy "elakadás" következhet be. Ez átmeneti szilárdságszerű reakciót és a megfigyelt viszkozitás növekedését eredményezi. A nyírási sűrűsödés polimerekben is előfordulhat, különösen az amfifil polimerekben, amelyek nagy nyírási sebességnél megnyílhatnak és megnyúlhatnak, és a lánc olyan részei válnak láthatóvá, amelyek képesek átmeneti intermolekuláris társulások kialakítására.
Matematikailag a nyírási sűrűsödési viselkedés a Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell segítségével modellezhető;
ahol:
k a konzisztencia
n a hatványtörvény-index
σ a nyírófeszültség
-γ a nyírási sebesség
ahol η nagyobb, mint 1 a nyírási SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségű folyadékok esetében.
Meg kell jegyezni, hogy a viszkozitás felfelé fordulása nagy nyírási sebességeknél más jelenség, például a folyadék turbulenciája révén is bekövetkezhet. Ez a hatás azonban inkább kisebb viszkozitású folyadékoknál jelentkezik, és a Reynolds-számmal végzett számításokból előre jelezhető.
Kísérleti
- A 75%-os tömegű kukoricakeményítő/víz szuszpenzió keverék nyírási sűrítési viselkedését egy nyírási sebességtáblázatos vizsgálat elvégzésével és az így kapott görbe elemzésével értékelték, egy Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell illesztésével.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezkazettával és érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel1 ellátott Kinexus rotációs reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált szabványos szekvenciákat használva.
- Egy szabványos betöltési szekvenciát használtunk annak biztosítása érdekében, hogy mindkét minta esetében következetes és ellenőrizhető betöltési protokollt alkalmazzunk.
- Minden reológiai mérést 25°C-on végeztünk.
- Az áramlási görbét a 0,1 s-1 és 100 s-1 közötti nyírási sebességek tesztelésének egyensúlyi táblázatának felhasználásával, valamint e görbe egy manuálisan kiválasztott részéhez illesztett Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell segítségével állítottuk elő.
Eredmények és viták
Az 1. ábra a kukoricakeményítő-diszperzió viszkozitás-nyírási sebesség profilját mutatja. Alacsony nyírási sebességnél a minta nyírási hígulásos viselkedést mutat; azonban a körülbelül 8 s-1 kritikus nyírási sebességnél a viszkozitás éles emelkedése figyelhető meg, ami a nyírási sűrűsödésre jellemző. A 0,15 s-1 és 6,5 s-1 közötti adatokra egy hatványtörvény-modellt illesztve a hatványtörvény-index (η) jelentett értéke 0,57, ami megerősíti a nyírási vékonyodó viselkedést (η<1). Ugyanezt a modellt a 10 s-1 és 20 s-1 közötti adatokra illesztve az η értéke 3,01, ami jelentős nyírási vastagodást jelez (η>1).
Következtetés
A vizsgált kukoricakeményítő-víz keverék 8 s-1 felett erős nyírási sűrűsödési viselkedést mutatott, amit a hatványtörvény-index (η) is megerősített, amely 10 s-1 és 20 s-1 közötti adatok esetén 3 értéket adott.
Kérjük, vegye figyelembe...
hogy párhuzamos lemezgeometria vagy hengeres geometria is használható. A homokfúvásos geometriát akkor kell megfontolni, ha az anyagban valószínűleg falcsúszási hatások jelentkeznek. A nagyobb geometriák hasznosak az alacsony nyomatékú mérésekhez, amelyek kisebb frekvenciákon nagyobb valószínűséggel fordulnak elő. Ezeknél a vizsgálatoknál is ajánlott az oldószercsapda használata, mivel az oldószer (pl. víz) elpárolgása a mérőrendszer szélei körül érvénytelenítheti a vizsgálatot, különösen magasabb hőmérsékleten történő munkavégzés esetén.