Pendahuluan
Ketika melakukan pengukuran reologi geser pada cairan terstruktur - khususnya suspensi, emulsi, atau busa - ada kemungkinan besar bahwa pengukuran dapat dipengaruhi oleh fenomena yang dikenal sebagai 'wall slip'. Wall slip umumnya terjadi akibat penipisan lokal fase terdispersi di dekat dinding geometri, yang secara efektif membentuk lapisan pelumasan di permukaan. Akibatnya, sifat reologi curah tidak lagi diukur secara akurat yang menyebabkan perkiraan viskositas yang sebenarnya.
Efek yang sama dapat diamati ketika mengukur bahan padat seperti material yang tidak memiliki gesekan yang cukup antara sampel dan dinding untuk mendukung tegangan yang diberikan.
Selip dinding dapat diatasi dengan beberapa cara saat pengujian pada rheometer rotasi, terutama dengan menggunakan geometri kasar atau bergerigi yang secara efektif membawa gerakan geometri ke dalam sebagian besar sampel dan dengan demikian memaksimalkan kontak sampel-sampel dengan mengorbankan interaksi sampel-dinding. Untuk sistem cup dan bob, baling-baling dan geometri splined juga dapat digunakan.
Gambar 2 menunjukkan konsekuensi slip untuk suspensi partikel pekat yang diukur menggunakan pelat paralel yang halus. 'Kaki anjing' yang tampak pada kurva aliran adalah karakteristik slip dinding yang biasa terjadi, yang dalam hal ini sebagian besar dapat dihilangkan dengan penggunaan pelat bergerigi.
Untuk kejadian wall slip yang lebih halus, kurang mudah untuk memastikan keberadaannya kecuali jika pengukuran dilakukan dengan pelat halus dan bergerigi atau kasar, meskipun dalam banyak kasus, pengguna mungkin tidak memiliki kedua jenis geometri yang tersedia untuk perbandingan seperti itu.
Dalam kasus seperti itu, bukti slip dapat diperoleh dengan melakukan pengukuran terkontrol tegangan pada celah yang berbeda. Jika terjadi slip, kecepatan slip Vs hanya akan bergantung pada tegangan geser σ yang diterapkan tetapi tidak pada celah. Sebaliknya, perbedaan kecepatan di seluruh sampel, yang digunakan untuk menghitung laju geser akan bergantung pada celah dan tegangan geser. Dengan demikian, dengan memvariasikan celah h dan menjaga tegangan σ tetap konstan, kecepatan slip dan laju geser sebenarnya dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 1.
V adalah kecepatan pelat atas
-γapp adalah laju geser terukur
-γ adalah laju geser sebenarnya
Hal ini dilakukan dengan memplotkan laju terukur -γapp terhadap 1/h yang akan menghasilkan garis lurus dengan gradien 2Vs dan memotong γ-.
Dalam beberapa kasus, nilai negatif telah diamati untuk laju geser yang sebenarnya dan hal ini disebabkan oleh kesalahan pembebanan, akurasi celah, dan sifat material yang bergantung pada celah. Oleh karena itu, lebih baik bekerja pada celah yang lebih besar di mana kesalahan seperti itu akan diminimalkan.
Eksperimental
- Dalam percobaan ini, losion tubuh dan sabun mandi telah dievaluasi untuk menentukan tingkat selip dinding selama pengukuran reologi.
- Pengukuran reometer rotasi dilakukan menggunakan reometer rotasi Kinexus dengan kartrid pelat Peltier dan sistem pengukuran pelat paralel yang dikeraskan1 , dan menggunakan urutan standar yang telah dikonfigurasi sebelumnya dalam perangkat lunak rSpace.
- Urutan pemuatan standar digunakan untuk memastikan bahwa kedua sampel tunduk pada protokol pemuatan yang konsisten dan terkendali.
- Semua pengukuran reologi dilakukan pada suhu 25°C.
- Urutan yang telah dikonfigurasikan sebelumnya memungkinkan pengukuran dilakukan secara berurutan pada berbagai celah antara 1,2 dan 0,9 mm dengan menggunakan tegangan yang diberikan secara konstan sebesar 50 Pa untuk krim kulit dan 10 Pa untuk sabun mandi.
- Laju geser yang terukur kemudian secara otomatis diplot terhadap celah terbalik dan model regresi linier dipasang. Kecepatan slip dan laju geser yang sebenarnya diestimasi dari gradien dan intersep.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 3 menunjukkan plot viskositas geser versus celah. Sementara shower gel menunjukkan viskositas yang relatif konstan pada setiap celah, krim kulit menunjukkan sedikit gradien dengan viskositas yang lebih rendah yang dilaporkan pada celah yang lebih kecil yang dapat dikaitkan dengan selip dinding. Untuk memperkirakan kecepatan slip, laju geser yang terukur diplot terhadap celah terbalik sesuai dengan Persamaan 1. Model linier yang sesuai (y = mx + c) diterapkan pada data dengan gradien kurva sama dengan 2Vs dan intersep sama dengan laju geser yang sebenarnya.
Untuk krim kulit, kecepatan slip diperkirakan 1,3 mm/detik dan laju geser sebenarnya 1,016 s-1. Nilai ini jauh lebih rendah daripada nilai laju geser yang terukur (semu), yaitu antara 3-4 s-1, yang menunjukkan tingkat selip dinding yang signifikan. Oleh karena itu, untuk pengujian di masa mendatang, disarankan untuk menggunakan pelat yang kasar atau bergerigi untuk sampel khusus ini.
Untuk shower gel, kecepatan slip diperkirakan hanya 0,08 mm/s dengan laju geser sebenarnya 0,68 s-1 dibandingkan dengan nilai yang terlihat sekitar 0,76 s-1. Perbedaan ini berada dalam kisaran kesalahan yang mungkin terkait dengan pengujian dan oleh karena itu, shower gel dapat dianggap tidak menunjukkan selip dalam kondisi pengukuran ini.
Kesimpulan
Gel mandi dan krim kulit diuji pada berbagai celah untuk menilai kecepatan selip pada antarmuka sampel dinding. Krim kulit menunjukkan selip dinding yang signifikan sementara hal ini dapat diabaikan untuk sabun mandi. Oleh karena itu, pengujian ini dapat digunakan untuk memperkirakan tingkat selip untuk material dan kondisi pengujian tertentu dan menunjukkan apakah penggunaan geometri yang dikeraskan atau diprofilkan diperlukan.
Harap diperhatikan...
bahwa pengujian harus dilakukan dengan kombinasi geometri pelat paralel yang halus.