소개
키넥서스 회전 레오미터로 수행할 수 있는 진동 측정은 젤이나 페이스트와 같은 부드러운 고체 또는 폴리머, 에멀젼 또는 현탁액과 같은 복잡한 유체와 같은 재료의 점탄성 특성을 특성화하는 데 사용됩니다. 이 실험에서는 정현파 전단 변형(변형률 제어) 또는 전단 응력(응력 제어)을 가한 후 재료의 반응을 분석합니다.
얻게 되는 주요 파라미터는 다음과 같습니다:
- 저장 전단 계수(G'): 재료의 "고체와 같은" 거동에 대한 정보를 제공합니다.
- 손실 전단 계수(G'): 재료의 "액체와 같은" 거동과 관련된 정보입니다.
- 위상 각도(δ): 이 매개변수는 적용된 응력과 변형 사이의 지연을 나타내므로 재료의 거동을 고체(δ ≈ 0°) 또는 액체(δ ≈ 90°) 중 하나로 쉽게 결정할 수 있습니다.
진폭 스윕: LVER(선형점탄성 영역)
진동 측정은 일반적으로 재료 구조가 적용된 변형의 영향을 받지 않는 선형 점탄성 영역(선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER) 내에서 수행됩니다. 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER는 진폭 스윕을 통해 결정됩니다. 이 테스트는 정의된 주파수 및 온도에 대해 재료 구조의 파괴 없이 사용할 수 있는 최대 변형 진폭을 결정합니다.
선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER 내에서 입력 및 출력 진동 주파수는 동일합니다(그림 1 참조).
반대로, 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER를 넘어서면 정현파 전단파를 이용한 여기는 비정현파 응답으로 이어집니다(그림 2). 입력 진동(예: 기본 주파수가 1Hz인 경우)은 다른 고조파 주파수의 진동으로 세분화됩니다(그림 3 참조).
고조파 왜곡은 다음과 같이 정의됩니다:
I1: 입력 주파수의 진폭
In: 진동 응답의 n번째 고조파 성분의 진폭
고조파 왜곡 0%는 신호의 완벽한 선형성을 의미합니다. 이 파라미터는 키넥서스 측정 및 평가 소프트웨어( rSpace)에서 표시하여 진동 데이터의 정확성을 확인할 수 있습니다.
최소 고조파 왜곡(HD) = 최고의 신호 대 잡음비
그림 4는 진폭 스윕 중 탄성 전단 계수(G', 빨간색), 점성 전단 계수(G'', 파란색), 전단 응력 진폭(σ, 녹색) 및 고조파 왜곡(HD, 검은색) 곡선을 예로 들어 설명합니다. 최소 HD에서 감지된 전단 변형률 γ는 최적의 신호 대 잡음비에 대한 변형에 해당합니다. 이 값은 다음 진동 측정(주파수 스윕, 온도 스윕 등)에 사용할 수 있습니다.
온도 또는 주파수 상승 시 선형성 확인을 위한 고조파 왜곡
선형 점탄성 영역(선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER)은 주파수 및 온도와 같은 측정 조건에 따라 달라집니다. 진폭 스윕에서는 이러한 파라미터가 일정하게 유지되어 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER 내에서 적절한 변형률을 결정합니다. 그러나 주파수 스윕에서는 테스트가 진행되는 동안 주파수가 변하고 그에 따라 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER가 변경될 수 있습니다. 재료가 전체 주파수 범위에서 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER 내에 유지되도록 하기 위해 고조파 왜곡 신호를 선형 동작의 지표로 모니터링할 수 있습니다.
결론
고조파 왜곡은 선형 점탄성 영역에서 진동 측정이 수행되는지 확인하는 중요한 신호입니다. 이는 식품 및 제약 분야뿐만 아니라 폴리머 분야와도 관련이 있습니다:
- 열가소성 플라스틱: 폴리머 및 플라스틱의 주파수 또는 온도 스윕 중에 고유한 재료 특성만을 포착하려면 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER를 결정하는 것이 중요합니다. 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER 외부에서 측정을 수행하면 사슬 방향, 풀림 또는 폴리머 네트워크 손상과 같은 추가적인 구조적 변화가 발생할 수 있습니다. 이로 인해 측정 데이터가 왜곡되어 가공 또는 노화 연구의 평가가 신뢰할 수 없게 될 수 있습니다.
- 열경화성, 코팅 및 접착제: 이러한 시스템에는 과도한 스트레스를 받으면 파괴될 수 있는 민감한 폴리머 또는 필러 네트워크가 포함되어 있는 경우가 많습니다. LVER를 고려하지 않으면 재료가 너무 부드럽거나 너무 단단해 보여 적용 및 공정 설계에서 잘못된 결정을 내릴 수 있습니다(예: 적용을 위한 잘못된 점도 창 또는 부정확한 접착력 예측).
- 식품(예: 젤, 에멀젼, 확산 가능한 지방): 여기에서는 과도한 전단으로 인해 깨지기 쉬운 미세 구조(예: 에멀젼 네트워크, 단백질 젤, 지방 결정)가 파괴되지 않도록 하는 것이 특히 중요합니다. 예를 들어 LVER 외부에서 측정하면 젤이 깨지거나 지방 결정이 재배열되어 텍스처가 실제보다 '인위적으로' 더 부드러워 보일 수 있습니다. 이는 안정성, 식감 또는 퍼짐성을 잘못 평가할 수 있으므로 제품 개발 및 품질 관리에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.
- 제약 제형(예: 크림, 페이스트, 현탁액): 여기에서도 특히 보관 안정성이나 유효 성분의 방출을 평가할 때 구조적 무결성이 중요합니다. LVER 외부에서 측정을 수행하면 전단으로 인해 입자 또는 캐리어 구조가 변경되어 흐름 및 적용 특성을 잘못 판단할 수 있습니다. 최악의 경우 효능이나 환자 안전에 영향을 미칠 수 있습니다.
왜곡 계수는 재료 구조가 그대로 유지되는 범위에서 유변학적 조사가 수행되도록 보장합니다. 이는 측정 자체가 결과를 왜곡하는 것을 방지하며, 이는 신뢰할 수 있고 비교 가능하며 실무와 관련된 데이터를 위한 전제 조건입니다.