Pendahuluan
Ketika bahan viskoelastik berubah bentuk, bahan tersebut mengalami deformasi tiga dimensi, yang dapat digambarkan melalui tensor (3x3) (lihat Gambar 1).
Tensor berisi tiga tegangan normal, σxx, σyy, σzz. Enam tensor lainnya adalah tegangan geser. Jika perilaku viskos mendominasi (yaitu, jika fluida mengalir), maka hanya ada satu komponen tegangan geser dan yang lainnya dapat diabaikan.
Perbedaan tegangan normal pertama dapat didefinisikan sebagai:
Di mana σxx adalah tegangan yang bekerja pada arah geser yang diterapkan dan σyy adalah tegangan yang bekerja pada arah gaya normal. Dalam percobaan reologi, gaya dorong ke atas pada geometri dan bantalan adalah gaya normal (yang berada pada arah aksial). Perbedaan tegangan normal biasanya lebih bergantung pada laju geser daripada tegangan geser dan dapat menunjukkan peningkatan yang signifikan dengan meningkatnya laju geser.
Selain N1, kita juga dapat mendefinisikan koefisien tegangan normal pertama yang dapat dianggap sebagai viskoelastik yang setara dengan viskositas dan bergantung pada laju geser ý menurut persamaan berikut.
Perbedaan tegangan normal dikaitkan dengan efek non-linear dan merupakan hasil dari struktur mikro yang mendasari menjadi anisotropik dalam kondisi aliran. Efek reologi normal seperti efek Weissenberg atau 'rodclimbing', efek 'die-swell' atau 'post-extrusion swell', dll.
Berbagai produk large, termasuk lelehan polimer, larutan, sistem surfaktan, dan emulsi dapat menunjukkan tekanan normal. Pada sebagian besar kasus, tegangan normal adalah positif, tetapi tegangan normal negatif juga telah dilaporkan dalam beberapa kasus, misalnya pada gel lamelar.
Geometri terbaik yang digunakan untuk mengukur dengan benar perbedaan tegangan normal pertama adalah geometri kerucut dan pelat karena menawarkan laju geser yang konsisten di seluruh sampel dan dorongan ke atas hanya disebabkan oleh N1.
Eksperimental
- Perilaku visko-elastis non-linear dari sabun mandi dievaluasi.
- Pengukuran rheometer rotasi dilakukan dengan menggunakan rheometer Kinexus dengan kartrid pelat Peltier dan menggunakan sistem pengukuran kerucut-pelat1, dan menggunakan urutan standar yang telah dikonfigurasi sebelumnya dalam perangkat lunak rSpace.
- Urutan pembebanan standar digunakan untuk memastikan bahwa kedua sampel tunduk pada protokol pembebanan yang konsisten dan terkendali.
- Semua pengukuran reologi dilakukan pada suhu 25°C.
- Kurva aliran dibuat dengan menggunakan tabel kesetimbangan uji laju geser antara 0,1 dan 1000 s-1 dan gaya normal yang telah ditentukan.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 2 menunjukkan kurva viskositas-laju geser untuk sabun mandi. Produk ini dapat digolongkan sebagai cairan pengencer geser karena menunjukkan perilaku Newtonian pada laju geser rendah yang diikuti dengan penurunan viskositas yang cepat di atas laju geser kritis. Di atas laju kritis ini, ada juga peningkatan yang nyata pada gaya normal yang dihasilkan dari perilaku viskoelastik non-linear yang disebabkan oleh tegangan pada struktur mikro yang berubah bentuk.
Hal ini lebih terlihat jelas ketika tegangan geser dan tegangan normal dibandingkan secara langsung seperti pada Gambar 3. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan normal melampaui tegangan geser pada titik di mana tegangan geser menjadi konstan. Hal ini sesuai dengan perilaku aliran dominan elastis dan menjelaskan mengapa sabun mandi berstruktur surfaktan tampak 'sangat elastis' dan 'berserabut' saat digunakan. Pada akhirnya, perilaku dominan elastis ini akan menyebabkan ketidakstabilan aliran pada laju geser yang tinggi dan sampel akan keluar dari celah pengukuran.
Gambar 4 menunjukkan koefisien tegangan normal pertama ψ1 yang diplot bersama dengan viskositas geser. Kedua koefisien tersebut menunjukkan bentuk yang serupa tetapi karena ψ1 sebanding dengan ý[1], maka dalam hal ini ψ1 lebih rendah dari η dan menunjukkan gradien yang lebih curam. Membandingkan ψ1 atau N1 serta viskositas untuk bahan viskoelastik dapat bermanfaat, terutama jika bahan tersebut sangat viskoelastik dan aplikasi atau proses yang digunakan bahan tersebut kemungkinan besar akan menghasilkan tegangan pada garis-garisnya.
Kesimpulan
Perilaku viskoelastik non-linear dari material Non-NewtonianFluida non-Newtonian adalah fluida yang menunjukkan viskositas yang bervariasi sebagai fungsi dari laju geser atau tegangan geser yang diterapkan.non-Newtonian dapat ditentukan dengan mengukur gaya normal sebagai fungsi dari laju geser dengan menggunakan sistem pengukuran pelat kerucut. Perbedaan tegangan normal pertama dan koefisien tegangan normal pertama yang setara dengan tegangan geser dan viskositas geser juga dapat dihitung.
1Harapdiperhatikan bahwa pengujian harus dilakukan dengan sistem pengukuran pelat kerucut.