Inleiding
Geometrieën die een uniform afschuifprofiel creëren zoals kegel/plaat en cilindrische systemen hebben de voorkeur voor roterende metingen omdat ze leiden tot absolute waarden van afschuifviscositeit. De afschuifsnelheid en afschuifspanning die op het monster worden uitgeoefend, worden duidelijk gedefinieerd door gebruik te maken van de meetopening met respectievelijk de verplaatsing en het koppel.
Een grote verscheidenheid aan materialen kan echter niet worden gemeten met dergelijke geometrieën, bijvoorbeeld als er sedimentatie optreedt of als het monster deeltjes met een grootte van large bevat. In deze gevallen is bepaling van de viscositeit nog steeds mogelijk met een "relatieve" geometrie, die zo genoemd wordt omdat het afschuifprofiel niet volledig uniform is.
Figuur 1 toont een van deze geometrieën. De dubbele kogel werd ontwikkeld voor metingen aan bouwmaterialen die vaak large deeltjes bevatten.
Metingen uitgevoerd op twee monsters met de dubbele omloopkogel en hetzelfde apparaat kunnen met elkaar vergeleken worden. Er moet echter rekening mee worden gehouden dat ze niet 100% correct zijn vanwege het niet-uniforme schuifveld dat wordt toegepast.
In de volgende discussie wordt een meting uitgevoerd met een absolute geometrie vergeleken met een met de twin orbital kogel.
Meetparameters
Er werd een rotatiemeting (viscositeit) uitgevoerd op een muurverf met de dubbele omloopkogel (relatieve geometrie) en een kegel/platensysteem (absolute geometrie).
De voorwaarden die voor de tests werden gebruikt, zijn samengevat in tabel 1.
Voor alle reometers worden geometrieconstanten gebruikt als conversiefactoren, waarbij instrumentparameters zoals torsie en verplaatsing worden omgezet in spanning en afschuifsnelheid. Voor de kegel en plaat zijn deze constanten goed gedefinieerd1. Voor een relatieve geometrie, zoals de kogel met twee banen, wordt een alternatieve procedure2 gebruikt om een nauwe overeenkomst met de absolute geometrie te verkrijgen.
1 Macosko CW: Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH: Simple method for determining StressSpanning wordt gedefinieerd als een niveau van kracht uitgeoefend op een monster met een goed gedefinieerde dwarsdoorsnede. (Spanning = kracht/oppervlak). Monsters met een cirkelvormige of rechthoekige doorsnede kunnen worden samengedrukt of uitgerekt. Elastische materialen zoals rubber kunnen worden uitgerekt tot 5 tot 10 keer hun oorspronkelijke lengte.stress and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Tabel 1: Testomstandigheden
| Voorbeeld | Muurverf | |
| Apparaat | Kinexus ultra + | |
| Geometrie | Absoluut: CP1/40 (kegelplaat, diameter: 40 mm, kegelhoek: 1°) | Dubbele omloopkogel |
| Kloof | 26 μm | 1 mm (Afstand tussen de kogels en de bodem van de beker) |
| Schuifsnelheid | 0.1 tot 100 s-1 | |
Meetresultaten
Figuur 2 toont de resulterende curven van de twee metingen tijdens de stationaire viscositeitsmeting tussen 0,1 en 100 s-1.
De curven laten een goede overeenkomst zien tussen de waarden van de afschuifviscositeit verkregen met de dubbele kogel en die van de meting met het kegel/platensysteem over de drie decennia van afschuifsnelheid.
Conclusie
Een absolute geometrie zoals een kegel/plaat-geometrie is de eerste keuze om afschuifviscositeitswaarden te verkrijgen. Als een monster echter erg onstabiel is, d.w.z. als er sedimentatie of scheiding optreedt, of als het monster large deeltjes bevat, is een absolute geometrie niet geschikt omdat de afschuifviscositeitswaarden niet representatief zijn. De kogel met twee omwentelingen levert consistentere en representatievere informatie over de viscositeit van het monster tijdens reologische testen. In dit voorbeeld werd aangetoond dat metingen met de twin orbital kogelgeometrie representatieve afschuifviscositeitswaarden van een materiaal opleveren.