Quantificazione del comportamento dell'addensamento al taglio utilizzando il modello Power-Law su un reometro rotazionale - Miscela di maisarch-acqua

Introduzione

Mentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottiglia al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di Ispessimento al taglioMentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottigliano al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di addensamento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio.ispessimento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio. Questo fenomeno viene spesso definito anche DilatanzaVedi shear thickening (ispessimento al taglio).dilatanza e, sebbene si riferisca a un meccanismo specifico per l'addensamento al taglio, i termini sono spesso usati in modo intercambiabile. Nella maggior parte dei casi, l'ispessimento per taglio si verifica in una decade di velocità di taglio e può esserci una regione di assottigliamento per taglio a velocità inferiori e superiori.

Di solito, le dispersioni o le sospensioni particellari con un'alta concentrazione di particelle solide, le paste, i polimeri associativi come i polimeri HASE, HEUR, ecc. mostrano un addensamento al taglio. I materiali che presentano Ispessimento al taglioMentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottigliano al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di addensamento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio.ispessimento al taglio sono molto meno comuni nelle applicazioni industriali rispetto a quelli che presentano Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio, tuttavia, quando si incontrano materiali che presentano Ispessimento al taglioMentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottigliano al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di addensamento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio.ispessimento al taglio possono causare gravi problemi di lavorazione. I materiali che subiscono cambiamenti microstrutturali o di orientamento in seguito all'applicazione del taglio, che determinano una maggiore resistenza al flusso, tenderanno a mostrare un ispessimento da taglio.

Per le sospensioni, ciò si verifica generalmente in materiali che mostrano un assottigliamento da taglio a velocità e sollecitazioni di taglio inferiori. A uno sforzo di taglio o a una velocità di taglio critici, il regime di flusso organizzato responsabile dell'Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio viene interrotto e può verificarsi la cosiddetta formazione di ´idro-cluster` o ´jamming`. Ciò determina una risposta transitoria di tipo solido e un aumento della viscosità osservata. L'ispessimento da taglio può verificarsi anche nei polimeri, in particolare in quelli anfifilici, che a velocità di taglio elevate possono aprirsi e allungarsi, esponendo parti della catena in grado di formare associazioni intermolecolari transitorie.

Dal punto di vista matematico, il comportamento dell'addensamento al taglio può essere modellato utilizzando il modello power-law;

dove:
k è la consistenza
n è l'indice di legge di potenza
σ è lo sforzo di taglio
-γ è la velocità di taglio

con η maggiore di 1 per i fluidi che si addensano al taglio.

Va notato che un aumento della viscosità ad alte velocità di taglio può verificarsi attraverso altri fenomeni, come la turbolenza del fluido. Questo effetto, tuttavia, tende a verificarsi con fluidi a bassa viscosità e può essere previsto dai calcoli del numero di Reynolds.

Sperimentale

Risultati e discussioni

La Figura 1 mostra il profilo viscosità-velocità di taglio per la dispersione di Mais Starch. A basse velocità di taglio, il campione mostra un comportamento di Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio; tuttavia, a una velocità di taglio critica di circa 8 s-1 si osserva una brusca impennata della viscosità, caratteristica del comportamento di Ispessimento al taglioMentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottigliano al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di addensamento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio.ispessimento al taglio. Adattando un modello di legge di potenza ai dati tra 0,15 s-1 e 6,5 s-1, il valore riportato per l'indice di legge di potenza (η) è 0,57, confermando così il comportamento di Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio (η<1). Adattando lo stesso modello ai dati tra 10 s-1 e 20 s-1, il valore di η è 3,01, il che indica un significativo ispessimento da taglio (η>1).

1) Dipendenza della viscosità dalla velocità di taglio di una miscela di mais starch e acqua

Conclusione

La miscela di mais starch e acqua testata ha mostrato un forte comportamento di Ispessimento al taglioMentre la maggior parte delle sospensioni e dei materiali polimerici strutturati si assottigliano al taglio, alcuni materiali possono anche mostrare un comportamento di addensamento al taglio, in cui la viscosità aumenta con l'aumento della velocità di taglio o dello sforzo di taglio.ispessimento al taglio al di sopra di 8 s-1, come confermato dall'indice della legge di potenza (η) che ha dato un valore di 3 per i dati compresi tra 10 s-1 e 20 s-1.

Si prega di notare...

è possibile utilizzare anche una geometria a piastre parallele o una geometria cilindrica. Una geometria sabbiata dovrebbe essere presa in considerazione se il materiale può presentare effetti di slittamento della parete. Larger geometrie sono utili per le misurazioni a basse coppie, che si verificano più facilmente alle basse frequenze. Per queste prove si raccomanda anche l'uso di una trappola per solventi, poiché l'evaporazione del solvente (ad esempio, l'acqua) intorno ai bordi del sistema di misura può invalidare la prova, in particolare quando si lavora a temperature elevate.

Literature

  1. [1]
    Introduzione alla reologia - Barnes, Hutton &Walters.
  2. [2]
    Reologia delle sospensioni colloidali - Mewis & Wagner