Inleiding
De diverse meetgeometrieën die beschikbaar zijn met de Kinexus rotationele reometer maken reologische karakterisering mogelijk van een breed scala aan materialen in verschillende toepassingen. Sommige toepassingen vereisen small volumes, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie, waar materialen vaak duur zijn en in beperkte hoeveelheden getest worden. Dit beperkte monstervolume kan samengaan met toepassingen die hoge afschuifsnelheden vereisen, bijvoorbeeld voor spuiten.
Mooney Ewart systeem
Het Mooney Ewart systeem (figuur 1) is een speciale cupand-bob geometrie die gebruikt wordt voor toepassingen die small monsterhoeveelheden combineren met hoge afschuifsnelheden. Het monster wordt in de ringvormige spleet tussen twee cilinders met een gedefinieerde geometrie geplaatst. Terwijl de buitenste cilinder (cup) stationair is, draait de co-axiale binnenste cilinder (bob) met een bepaalde snelheid. De opening is kleiner dan bij andere cup-and-bob systemen. Dat heeft twee voordelen:
- Hogere afschuifsnelheden kunnen bereikt worden
- Er zijn kleinere monstervolumes nodig
Meetomstandigheden
Hieronder worden metingen vergeleken die zijn uitgevoerd met een kegel-en-plaatgeometrie en met het Mooney Ewart systeem. Het geteste materiaal is een siliconenolie met bekende viscositeit.
Tabel 1: Meetparameters
| Geometrie | CP1/40 (kegel/plaat, kegel: 1°, Ø: 4 mm) | Mooney Ewart: 0.5 tot 1 ml |
| Temperatuur | 25°C | |
| Schuifsnelheid | 1 tot 10.000 s-1 | |
Meetresultaten
Figuur 2 toont de resulterende afschuifviscositeitscurves van de twee metingen vergeleken met de verwachte curve van de siliconenolie. In het afschuifbereik tot 1000 s-1 geven beide metingen dezelfde afschuifviscositeitswaarden (verschil tussen gemeten en gespecificeerde waarde kleiner dan 2%).
Daarna geeft de afschuifviscositeitscurve verkregen met de kegel/plaat-geometrie afschuifverdunningsgedrag aan. Dit komt door de temperatuurstijging van het monster als gevolg van verhitting door afschuiving. De curve verkregen met het Mooney Ewart systeem geeft daarentegen het verwachte Newtonse gedrag van het monster weer. Vanaf 6.300 s-1 wordt de laminaire stroming instabiel door centrifugale krachten, wat resulteert in secundaire stroming (Taylor vortex). Dit leidt tot een schijnbare toename van de afschuifviscositeit.
Deze vergelijking van de afschuifviscositeitscurven opgenomen met de twee geometrieën toont het grotere afschuifbereik dat bereikt wordt met het Ewart Mooney systeem in vergelijking met dat van de kegel/plaat-geometrie.
Conclusie
Reologische metingen in een kegel/platensysteem zijn over het algemeen beperkt tot een bepaald bereik van afschuifsnelheden vanwege het legen van de spleet bij hoge afschuifsnelheden. Toepassingen met hogere afschuifsnelheden vereisen een andere methode, bijvoorbeeld de Rosand capillaire reometer. Hier zijn afschuifsnelheden tot 1.000.000 s-1 mogelijk. Hiervoor is echter een grotere hoeveelheid materiaal nodig. Een oplossing om het bereik van afschuifsnelheden uit te breiden voor lage monstervolumes is werken met het Ewart Mooney systeem in de Kinexus rotationele reometer.