Wprowadzenie
Zróżnicowany zakres geometrii pomiarowych dostępnych w reometrze rotacyjnym Kinexus umożliwia charakterystykę reologiczną szerokiej gamy materiałów w różnych zastosowaniach. Niektóre zastosowania wymagają próbek o objętości small, na przykład w przemyśle farmaceutycznym, gdzie materiały są często drogie i testowane w ograniczonych ilościach. Ograniczona objętość próbki może być związana z zastosowaniami wymagającymi dużych szybkości ścinania, na przykład w przypadku natryskiwania.
System Mooney Ewart
System Mooney Ewart (rysunek 1) to specjalna geometria bijaka kubkowego używana w zastosowaniach łączących ilości próbek small z wysokimi szybkościami ścinania. Próbka jest umieszczana w pierścieniowej szczelinie pomiędzy dwoma cylindrami o określonej geometrii. Podczas gdy zewnętrzny cylinder (kubek) jest nieruchomy, współosiowy cylinder wewnętrzny (bob) obraca się z określoną prędkością. Szczelina jest mniejsza niż w przypadku innych systemów typu cup-and-bob. Ma to dwie zalety:
- Można osiągnąć wyższe szybkości ścinania
- Wymagane są mniejsze objętości próbek
Warunki pomiaru
Poniżej porównano pomiary wykonane przy użyciu geometrii stożek-płytka oraz systemu Mooney Ewart. Testowanym materiałem jest olej silikonowy o znanej lepkości.
Tabela 1: Parametry pomiarowe
| Geometria | CP1/40 (stożek/płytka, stożek: 1°, Ø: 4 mm) | Mooney Ewart: 0.5 do 1 ml |
| Temperatura | 25°C | |
| Szybkość ścinania | 1 do 10 000 s-1 | |
Wyniki pomiarów
Rysunek 2 przedstawia wynikowe krzywe lepkości przy ścinaniu z dwóch pomiarów w porównaniu z oczekiwaną krzywą oleju silikonowego. W zakresie szybkości ścinania do 1000 s-1 oba pomiary dają takie same wartości lepkości przy ścinaniu (różnica między wartością zmierzoną a określoną jest mniejsza niż 2%).
Następnie krzywa lepkości przy ścinaniu uzyskana dla geometrii stożek/płyta wskazuje na rozrzedzanie przy ścinaniu. Wynika to ze wzrostu temperatury próbki spowodowanego ogrzewaniem ścinającym. Z kolei krzywa uzyskana w układzie Mooneya-Ewarta odzwierciedla oczekiwane newtonowskie zachowanie próbki. Począwszy od 6300 s-1, przepływ laminarny staje się niestabilny z powodu sił odśrodkowych, co powoduje przepływ wtórny (wir Taylora). Prowadzi to do pozornego wzrostu lepkości przy ścinaniu.
To porównanie krzywych lepkości przy ścinaniu zarejestrowanych przy użyciu dwóch geometrii pokazuje rozszerzony zakres szybkości ścinania osiągnięty przy użyciu systemu Ewart Mooney w porównaniu do tego, który można osiągnąć przy użyciu geometrii stożka/płyty.
Wnioski
Pomiary reologiczne w układzie stożek/płytka są zazwyczaj ograniczone do określonego zakresu szybkości ścinania ze względu na opróżnianie szczeliny przy wysokich szybkościach ścinania. Zastosowania związane z wyższymi szybkościami ścinania wymagają innej metody, na przykład reometru kapilarnego Rosand. W tym przypadku możliwe są szybkości ścinania do 1 000 000 s-1. Wymagają one jednak większej ilości materiału. Rozwiązaniem umożliwiającym rozszerzenie zakresu szybkości ścinania dla małych objętości próbek jest praca z systemem Ewart Mooney w reometrze rotacyjnym Kinexus.