Introdução
Quando os materiais viscoelásticos são deformados, eles sofrem uma deformação tridimensional, que pode ser descrita por meio de um tensor (3x3) (veja a Figura 1).
O tensor contém três tensões normais, σxx, σyy, σzz. Os outros seis tensores são tensões de cisalhamento. Se o comportamento viscoso predominar (ou seja, se o fluido fluir), haverá apenas um componente de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de cisalhamento e os outros poderão ser ignorados.
A primeira diferença de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão normal pode ser definida como:
Onde σxx é a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão que atua na direção do cisalhamento aplicado e σyy é a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão que atua na direção da força normal. Em um experimento reológico, o impulso para cima sobre a geometria e o rolamento é a força normal (que está na direção axial). As diferenças de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão normal geralmente são mais dependentes da taxa de cisalhamento do que a tensão de cisalhamento e podem apresentar aumentos significativos com o aumento da taxa de cisalhamento.
Além de N1, também podemos definir o primeiro coeficiente de tensão normal, que pode ser considerado um equivalente viscoelástico à viscosidade e depende da taxa de cisalhamento ý de acordo com a equação a seguir.
As diferenças de tensão normal estão associadas a efeitos não lineares e resultam do fato de a microestrutura subjacente se tornar anisotrópica sob as condições de fluxo. Efeitos reológicos normais, como o efeito Weissenberg ou "rodclimbing", o efeito "die-swell" ou "post-extrusion swell", etc.
Uma large variedade de produtos, inclusive polímeros fundidos, soluções, sistemas surfactantes e emulsões, pode apresentar tensões normais. Na maioria dos casos, as tensões normais são positivas, mas também foram relatadas tensões normais negativas em alguns casos, por exemplo, em géis lamelares.
A melhor geometria a ser usada para medir corretamente a primeira diferença de tensão normal é a geometria de cone e placa, pois ela oferece uma taxa de cisalhamento consistente em toda a amostra e o impulso para cima é devido apenas a N1.
Experimental
- O comportamento visco-elástico não linear de um produto de limpeza corporal foi avaliado.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas usando um reômetro Kinexus com um cartucho de placa Peltier e usando o sistema de medição de placa cônica1 e usando sequências padrão pré-configuradas no software rSpace.
- Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que ambas as amostras fossem submetidas a um protocolo de carregamento consistente e controlável.
- Todas as medições de reologia foram realizadas a 25°C.
- A curva de fluxo foi gerada usando uma tabela de equilíbrio de teste de taxas de cisalhamento entre 0,1 e 1.000 s-1 e a força normal foi determinada.
Resultados e discussão
A Figura 2 mostra a curva de viscosidade-taxa de cisalhamento para o sabonete líquido. Esse produto pode ser classificado como um líquido de Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento, pois apresenta comportamento newtoniano em baixas taxas de cisalhamento, seguido de uma rápida queda na viscosidade acima de uma taxa crítica de cisalhamento. Acima dessa taxa crítica, há também um aumento aparente na força normal resultante do comportamento viscoelástico não linear causado pela tensão na microestrutura deformada.
Isso fica mais evidente quando as tensões de cisalhamento e as tensões normais são comparadas diretamente, como na Figura 3. Isso mostra que a tensão normal supera a tensão de cisalhamento no ponto em que a tensão de cisalhamento se torna constante. Isso corresponde ao comportamento de fluxo elástico dominante e explica por que os enxágues corporais estruturados com surfactante parecem "altamente elásticos" e "fibrosos" quando em uso. Eventualmente, esse comportamento elástico dominante levará a instabilidades de fluxo em altas taxas de cisalhamento e a amostra sairá da lacuna de medição.
A Figura 4 mostra o primeiro coeficiente de tensão normal ψ1 plotado junto com a viscosidade de cisalhamento. Os dois coeficientes apresentam formas semelhantes, mas como ψ1 é proporcional a ý[1], ele é menor do que η nesse caso e apresenta um gradiente mais acentuado. A comparação de ψ1 ou N1, bem como da viscosidade de materiais viscoelásticos, pode ser útil, especialmente se o material for altamente viscoelástico e a aplicação ou o processo em que o material é usado provavelmente gerará tensão nas linhas de fluxo.
Conclusão
O comportamento viscoelástico não linear de um material Não newtonianoUm fluido não newtoniano é aquele que apresenta uma viscosidade que varia em função da taxa de cisalhamento ou da tensão de cisalhamento aplicada.não newtoniano pode ser determinado pela medição da força normal em função da taxa de cisalhamento usando um sistema de medição de placa cônica. A primeira diferença de tensão normal e o primeiro coeficiente de tensão normal, que são equivalentes à tensão de cisalhamento e à viscosidade de cisalhamento, respectivamente, também podem ser calculados.
1Por favor,observe que o teste deve ser feito com um sistema de medição de placa cônica.