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Small 高せん断速度でのサンプル量:ムーニー・イーワート幾何学

はじめに

Kinexus回転型レオメーターは、多様な測定ジオメトリーを備えてい るため、さまざまな用途の材料のレオロジー特性評価が可能です。例えば、製薬業界では材料が高価であることが多く、限られた量しか試験できないため、small 。このような限られたサンプル量では、例えばスプレーのような高いせん断速度が要求されるアプリケーションに関連することがあります。

ムーニー・イワート・システム

ムーニー・イワート・システム(図1)は、small サンプル量と高いせん断速度を組み合わせたアプリケーションに使用される、特殊なカップアンドボブ形状です。試料は、定義された形状の2つのシリンダー間の環状ギャップに置かれます。外側の円筒(カップ)が静止している間、同軸の内側の円筒(ボブ)は決められた速度で回転する。ギャップは、他のカップ・アンド・ボブ・システムよりも小さい。これには2つの利点がある:

  • より高いせん断速度が得られる
  • サンプル量が少なくて済む
1) ムーニー・イーワート幾何学

測定条件

以下では、コーン・アンド・プレート形状とMooney Ewartシステムによる測定を比較する。テストした材料は、粘度既知のシリコーンオイルです。

表1:測定パラメータ

形状

CP1/40(コーン/プレート、

コーン:1°、Ø:4 mm)

ムーニー・イーワート

0.5~1 ml

温度

25°C

せん断速度

1~10,000 s-1

測定結果

図2は、2つの測定結果のせん断粘度曲線を、シリコーンオイルの予想曲線と比較したものです。せん断速度が1,000 s-1までの範囲では、どちらの測定結果も同じせん断粘度値(測定値と規定値の差が2%以下)を示しています。

2) シリコーンオイル。コーン/プレートシステムとムーニーEwartジオメトリーで測定したせん断粘度曲線。

その後、コーン/プレート形状で得られたせん断粘度曲線は、せん断減粘挙動を示している。これは、せん断加熱による試料の温度上昇によるものである。対照的に、ムーニー・イーワート系で得られた曲線は、サンプルの期待されるニュートン挙動をさらに反映している。6,300 s-1から、層流は遠心力によって不安定になり、二次流れ(テイラー渦)が発生する。これにより、せん断粘度が見かけ上上昇する。

この2つの形状で記録されたせん断粘度曲線の比較は、コーン/プレート形状で達成可能なせん断粘度と比較して、Ewart Mooneyシステムを使用して達成されたせん断速度範囲の拡大を示しています。

結論

コーン/プレートシステムでのレオロジー測定は、高せん断速度ではギャップが空になってしまうため、一般的に特定のせん断速度範囲に制限されます。より高いせん断速度に関連するアプリケーションには、別の方法、例えばロザンドキャピラリレオメータが必要です。ここでは、1,000,000 s-1までのせん断速度が可能です。しかし、この場合、より大量の材料が必要になります。少ないサンプル量でせん断速度範囲を拡大するソリューションとして、Kinexus回転型レオメータのEwart Mooneyシステムを使用する方法があります。