Wprowadzenie
Wiele złożonych płynów, takich jak polimery tworzące sieć, mezofazy surfaktantów i skoncentrowane emulsje, nie płynie, dopóki przyłożone naprężenie nie przekroczy pewnej wartości krytycznej, znanej jako Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności. O materiałach wykazujących takie zachowanie mówi się, że wykazują zachowanie przepływu granicy plastyczności. Granica plastyczności jest zatem definiowana jako naprężenie, które musi zostać przyłożone do próbki, zanim zacznie ona płynąć. Poniżej granicy plastyczności próbka odkształca się elastycznie (jak rozciąganie sprężyny), a powyżej granicy plastyczności próbka płynie jak ciecz.
Większość płynów z granicą plastyczności można uznać za szkielet strukturalny, który rozciąga się na całą objętość układu. Wytrzymałość szkieletu zależy od struktury fazy rozproszonej i jej interakcji. Zwykle faza ciągła ma niską lepkość, jednak wysokie ułamki objętościowe fazy rozproszonej mogą zwiększyć lepkość tysiąckrotnie i wywołać zachowanie podobne do ciała stałego w spoczynku. Gdy złożony płyn, który wykazuje zachowanie plastyczne, jest ścinany przy niskich prędkościach ścinania, w zakresie od 0,01 do 0,1 s-1 i poniżej jego krytycznego odkształcenia, układ jest poddawany utwardzaniu. Jest to charakterystyczne dla zachowania podobnego do ciała stałego i wynika z rozciągania elementów sprężystych w polu ścinania. Kiedy takie elastyczne elementy zbliżają się do swojego krytycznego odkształcenia, struktura zaczyna się rozpadać, powodując rozrzedzenie ścinania (zmiękczenie odkształcenia) i w konsekwencji przepływ. Naprężenie, przy którym dochodzi do katastrofalnego rozpadu szkieletu strukturalnego, to Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności.
Istnieje szereg testów eksperymentalnych służących do określania granicy plastyczności. Często stosuje się rampę naprężenia ścinającego, ponieważ jest to łatwy i szybki sposób określania granicy plastyczności, jednak dokładniejszą metodą jest wykonanie serii testów pełzania i poszukiwanie zmian gradientu krzywej zgodności w funkcji czasu [1].
W zależności od charakteru badanego materiału, reakcja na PełzaniePełzanie opisuje zależne od czasu i temperatury odkształcenie plastyczne pod wpływem stałej siły. Gdy stała siła jest przykładana do mieszanki gumowej, początkowe odkształcenie uzyskane w wyniku przyłożenia siły nie jest stałe. Odkształcenie będzie rosło wraz z upływem czasu.pełzanie może być zupełnie inna, jak pokazano na rysunku 1.
Ponieważ rzeczywista zmiana odkształcenia będzie zależeć od przyłożonego naprężenia, zwykle mówi się o podatności, a nie o odkształceniu. Zgodność na PełzaniePełzanie opisuje zależne od czasu i temperatury odkształcenie plastyczne pod wpływem stałej siły. Gdy stała siła jest przykładana do mieszanki gumowej, początkowe odkształcenie uzyskane w wyniku przyłożenia siły nie jest stałe. Odkształcenie będzie rosło wraz z upływem czasu.pełzanie przy ścinaniu (J) można określić na podstawie zadanego naprężenia ścinającego (σ) i wynikającego z niego odkształcenia (γ):
Korzystając z tego pojęcia, krzywe pełzania wygenerowane przy użyciu różnych naprężeń mogą być bezpośrednio porównywane. Wszystkie krzywe J(t) nakładają się na siebie niezależnie od przyłożonego naprężenia, o ile naprężenie znajduje się w liniowym obszarze lepkosprężystym. Gdy kryterium to przestaje być spełnione, uznaje się, że materiał uległ uplastycznieniu. Zilustrowano to na rysunku 2, z którego można wywnioskować, że dla badanej próbki Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności wynosi od 3 do 4 Pa, ponieważ przy 4 Pa krzywa nie ma już tego samego profilu. Niniejsza nota aplikacyjna przedstawia metodologię i dane z testów wielokrotnego pełzania dla balsamu nawilżającego.
Eksperymentalny
- Jako badaną próbkę wykorzystano komercyjny balsam nawilżający.
- Pomiary reometrem rotacyjnym wykonano przy użyciu reometru Kinexus z wkładem z płytką Peltiera oraz stożkowym i płytkowym systemem pomiarowym2, wykorzystując standardowe, wstępnie skonfigurowane sekwencje w oprogramowaniu rSpace.
- Zastosowano standardową sekwencję ładowania, aby zapewnić, że próbka podlegała spójnemu i kontrolowanemu protokołowi ładowania.
- Przeprowadzono serię testów pełzania przy siedmiu różnych przyłożonych naprężeniach w zakresie od 30 Pa do 66 Pa.
- Każdy test pełzania został zatrzymany po określonym czasie (120 s), a następnie pomiędzy testami pełzania przeprowadzono test odzyskiwania o takim samym czasie.
- Wszystkie pomiary reologiczne przeprowadzono w temperaturze 25°C, o ile nie określono inaczej.
Wyniki i dyskusja
Rysunek 3 porównuje podatność na PełzaniePełzanie opisuje zależne od czasu i temperatury odkształcenie plastyczne pod wpływem stałej siły. Gdy stała siła jest przykładana do mieszanki gumowej, początkowe odkształcenie uzyskane w wyniku przyłożenia siły nie jest stałe. Odkształcenie będzie rosło wraz z upływem czasu.pełzanie (J) z czasem dla wszystkich siedmiu naprężeń. Poniżej 42 Pa krzywe zgodności nakładają się na siebie i wydaje się, że nie ma wzrostu zgodności z czasem, co sugeruje, że poniżej tego naprężenia nie występuje przepływ, tj. materiał zachowuje się jak lepkosprężyste ciało stałe.
Przy 48 Pa występuje zauważalna zmiana gradientu wskazująca na zachowanie zależne od czasu, a zatem przepływ lepki. Jest to być może wyraźniej pokazane na rysunku 4, który przedstawia końcową zgodność przy każdym naprężeniu po 120-sekundowym teście pełzania. Z tego ostatniego wykresu można wywnioskować, że produkt emulsyjny ma granicę plastyczności między 42 a 48 Pa.
Aby uzyskać bardziej precyzyjne oszacowanie granicy plastyczności, konieczne byłoby powtórzenie testu z small stopniowym wzrostem naprężenia pomiędzy tymi dwiema wartościami i dokonanie oceny w podobny sposób.
Wnioski
W przypadku testowanego balsamu nawilżającego maksymalne naprężenie, przy którym zgodność mieści się w liniowym obszarze lepkosprężystym, wynosi 42 Pa, podczas gdy przy 48 Pa Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności zostaje przekroczona. Granica plastyczności ma zatem wartość między 42 Pa a 48 Pa. Aby uzyskać bardziej precyzyjną wartość granicy plastyczności dla tego materiału, wymagane są dalsze iteracje testowe w tym wąskim zakresie naprężeń. Wielokrotne testowanie pełzania w celu uzyskania granicy plastyczności jest dokładną metodą, ale może wymagać wielu iteracji i prawidłowej interpretacji przez użytkownika.
Uwaga ...
że można również zastosować równoległą geometrię płyty - przy czym geometria ta jest preferowana w przypadku dyspersji i emulsji o rozmiarach cząstek large. Takie rodzaje materiałów mogą również wymagać zastosowania ząbkowanej lub chropowatej geometrii, aby uniknąć artefaktów związanych z poślizgiem na powierzchni geometrii.