Determinazione dello sforzo di snervamento di fluidi complessi mediante test di crescita dello sforzo su un reometro rotazionale - Lozione per il corpo

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, tuttavia, 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 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. Questo coincide con un valore di picco della sollecitazione di taglio, che è uguale alla sollecitazione di snervamento. Questa situazione è rappresentata nella Figura 1.

La sollecitazione di snervamento è definita come la sollecitazione che deve essere applicata al campione prima che inizi a fluire.

Di solito, in questi test si utilizza una bassa velocità di taglio per tenere conto delle proprietà di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento temporale del materiale, anche se si possono utilizzare velocità di taglio diverse a seconda dell'applicazione di interesse. I processi veloci, come l'erogazione, avvengono su tempi brevi, il che corrisponde a velocità di taglio più elevate, mentre la stabilità alla sedimentazione/cremazione avviene su tempi più lunghi e viene valutata meglio con velocità di taglio inferiori. Poiché 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 generalmente una proprietà dipendente dal tempo, i valori misurati possono essere diversi. Tuttavia, una velocità di taglio di 0,01 ^s-1 è comunemente utilizzata in questo tipo di test e si è riscontrato un buon accordo con altri metodi di snervamento, come le prove di scorrimento [1].

Questa nota applicativa illustra la metodologia e i dati di un test di crescita delle sollecitazioni per una crema per il corpo.

Sperimentale

• Per l'analisi è stato scelto un prodotto commerciale per il corpo.
• Le misure al reometro rotazionale sono state effettuate utilizzando un reometro Kinexus con una cartuccia a piastre di Peltier e un sistema di misura a piastre parallele irruvidite da 40 mm (per evitare lo scivolamento del campione sulle superfici della geometria⁾², e utilizzando sequenze standard preconfigurate nel software rSpace.
• La posizione di taglio per la geometria a piastre parallele è stata impostata al 100% nel software rSpace (utilizzando il database della geometria) in modo da misurare la sollecitazione all'inizio dello snervamento.
• È stata utilizzata una sequenza di carico standard per garantire che il campione fosse sottoposto a un protocollo di carico coerente e controllabile.
• È stata eseguita una singola prova di shear rate a una velocità di taglio di 0,01 ^s-1 ed è stata misurata l'evoluzione della sollecitazione in funzione del tempo.
• I dati sono stati analizzati utilizzando un'analisi dei picchi per determinare la tensione di snervamento.
• Tutte le misure reologiche sono state eseguite a 25°C.

Risultati e discussione

La Figura 2 mostra una curva di sollecitazione in funzione del tempo per il campione di lozione per il corpo. La sollecitazione cresce originariamente con l'aumento della deformazione e raggiunge il valore massimo alla deformazione critica, che è pari alla tensione di snervamento.

Tabella 1: Risultati dell'analisi dei picchi dalla curva di evoluzione dello Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress per il campione di lozione per il corpo

Questo valore di picco viene determinato automaticamente da un'analisi di picco e riportato nel software rSpace in forma di tabella, come mostrato nella Tabella 1. Il valore di tensione di snervamento riportato per questa lozione per il corpo è di 75,4 Pa ed è stato riscontrato ad una deformazione di circa 0,5 (50%).

Come accennato nell'introduzione, per alcuni materiali la tensione di snervamento misurata può dipendere dalla velocità di taglio, soprattutto quando si verifica un significativo RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento strutturale nel tempo. In questi casi, si osserverà una tensione di snervamento più elevata per velocità di taglio più elevate, poiché il tempo di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento della struttura è minore.

Ad esempio, lo stesso test di crescita dello Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress eseguito sulla stessa lozione per il corpo a una velocità di taglio di 0,1 ^s-1 invece che di 0,01 ^s-1 ha dato una tensione di snervamento di 82 Pa.

Conclusione

La crescita delle sollecitazioni è un test rapido e accurato per determinare la tensione di snervamento di un materiale. È importante, tuttavia, utilizzare una velocità di taglio costante per i test comparativi, poiché velocità di taglio diverse possono dare risultati diversi a seconda del comportamento di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento del materiale in esame.

Si prega di notare ...

che i test possono essere eseguiti con geometria a cono e piastra o a piastra parallela, quest'ultima preferita 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.