Introduzione
Molti fluidi complessi, come i polimeri che formano reti, le mesofasi di tensioattivi e le emulsioni concentrate, non fluiscono finché la sollecitazione applicata non supera un certo valore critico, noto come sollecitazione di snervamento. I materiali che presentano questo comportamento sono detti "a flusso di snervamento". La Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento è quindi definita come la sollecitazione che deve essere applicata al campione prima che inizi a fluire. Al di sotto della Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento il campione si deforma elasticamente (come se si allungasse una molla), mentre al di sopra della Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento il campione scorre come un liquido.
La maggior parte dei fluidi con Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento può essere considerata come uno scheletro strutturale che si estende sull'intero volume del sistema. La resistenza dello scheletro è regolata dalla struttura della fase dispersa e dalle sue interazioni. Normalmente, la fase continua ha una bassa viscosità, ma elevate frazioni volumetriche di una fase dispersa possono aumentare la viscosità di migliaia di volte e indurre un comportamento simile a quello di un solido a riposo. Quando un fluido complesso che presenta un comportamento di snervamento viene sottoposto a taglio a basse velocità di taglio, nell'intervallo compreso tra 0,01 e 0,1 s-1 e al di sotto della sua deformazione critica, il sistema è soggetto a incrudimento. Questo fenomeno è caratteristico di un comportamento simile a quello dei solidi e deriva dall'allungamento degli elementi elastici nel campo di taglio. Quando tali elementi elastici si avvicinano alla loro deformazione critica, la struttura inizia a rompersi causando l'assottigliamento da taglio (strain softening) e il conseguente flusso. La sollecitazione alla quale si verifica questa rottura catastrofica dello scheletro strutturale è la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento.
Esistono diversi test sperimentali per determinare la tensione di snervamento. Spesso si ricorre a una rampa di sollecitazione di taglio, in quanto è un mezzo facile e veloce per determinare la tensione di snervamento; tuttavia, un metodo più accurato consiste nell'eseguire una serie di prove di scorrimento e nell'osservare i cambiamenti nella pendenza della curva di cedevolezza rispetto al tempo [1].
A seconda della natura del materiale in esame, la risposta al creep può essere molto diversa, come illustrato nella Figura 1.
Poiché la variazione effettiva della deformazione dipenderà dalla sollecitazione applicata, si è soliti parlare di cedevolezza piuttosto che di deformazione. La cedevolezza al taglio per scorrimento (J) può essere determinata dalla sollecitazione di taglio preimpostata (σ) e dalla deformazione risultante (γ) attraverso:
Grazie a questa nozione, le curve di creep generate con sollecitazioni diverse possono essere confrontate direttamente. Tutte le curve J(t) si sovrappongono l'una all'altra, indipendentemente dalla sollecitazione applicata, finché questa si trova all'interno dellaRegione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali. regione viscoelastica lineare. Quando questo criterio non è più soddisfatto, si considera che il materiale abbia ceduto. Ciò è illustrato nella Figura 2, dalla quale si può dedurre che per il campione in esame la sollecitazione di snervamento è compresa tra 3 e 4 Pa, poiché a 4 Pa la curva non segue più lo stesso profilo. La presente nota applicativa illustra la metodologia e i dati dei test di scorrimento multipli per una lozione idratante.
Sperimentale
- Come campione da valutare è stata utilizzata una lozione idratante commerciale.
- Le misure al reometro rotazionale sono state effettuate utilizzando un reometro Kinexus con una cartuccia a piastra di Peltier e un sistema di misurazione a cono e a piastra2, e utilizzando sequenze standard preconfigurate nel software rSpace.
- È stata utilizzata una sequenza di caricamento standard per garantire che il campione fosse sottoposto a un protocollo di caricamento coerente e controllabile.
- È stata eseguita una serie di test di creep a sette diverse sollecitazioni applicate tra 30 Pa e 66 Pa.
- Ogni prova di creep è stata interrotta dopo un tempo prestabilito (120 s) e successivamente è stata eseguita una prova di recupero di uguale durata tra le prove di creep.
- Tutte le misure reologiche sono state eseguite a 25°C, salvo indicazioni specifiche.
Risultati e discussione
La Figura 3 confronta la Conformità allo scorrimento (J)La Creep Compliance (J) è la deformazione di taglio divisa per la sollecitazione di taglio come misura della deformazione flessionale continua istantanea di un materiale sotto carico statico nel tempo, riportata in Pa-1: J(t)=γ(t)∕σconformità allo scorrimento (J) con il tempo a tutte e sette le sollecitazioni. Al di sotto dei 42 Pa, le curve di cedevolezza sono sovrapposte e non sembra esserci un aumento della cedevolezza con il tempo, suggerendo che al di sotto di questa sollecitazione non si verifica alcun flusso, ovvero che il materiale si comporta come un solido viscoelastico.
A 48 Pa, si nota un notevole cambiamento nel gradiente che indica un comportamento dipendente dal tempo e quindi un flusso viscoso. Ciò è forse più chiaramente dimostrato nella Figura 4, che mostra la conformità finale a ciascuna sollecitazione dopo il test di scorrimento di 120 secondi. Da quest'ultimo grafico si può dedurre che il prodotto in emulsione ha una tensione di snervamento compresa tra 42 e 48 Pa.
Per ottenere una stima più precisa della tensione di snervamento, sarebbe necessario ripetere il test con small incrementi di tensione tra questi due valori e valutare in modo analogo.
Conclusione
Per la lozione idratante testata, la sollecitazione massima in cui la cedevolezza rientra nellaRegione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali. regione viscoelastica lineare è di 42 Pa, mentre a 48 Pa viene superata la sollecitazione di snervamento. La tensione di snervamento ha quindi un valore compreso tra 42 Pa e 48 Pa. Per un valore più preciso della tensione di snervamento per questo materiale, sono necessarie ulteriori iterazioni di test all'interno di questa stretta fascia di sollecitazione. I test di scorrimento multipli per ricavare la tensione di snervamento sono un metodo accurato, ma possono richiedere più iterazioni e una corretta interpretazione da parte dell'utente.
Si prega di notare ...
che può essere utilizzata anche una geometria a piastra parallela, preferibile per le dispersioni e le emulsioni con particelle di large dimensioni. Questi tipi di materiali possono anche richiedere l'uso di geometrie dentellate o ruvide per evitare artefatti legati allo scivolamento sulla superficie della geometria.