Introducere
Multe fluide complexe, cum ar fi polimerii care formează rețele, mezofazele surfactanților și emulsiile concentrate nu curg până când tensiunea aplicată nu depășește o anumită valoare critică, cunoscută sub numele de tensiunea de curgere. Materialele care prezintă acest comportament sunt considerate ca prezentând un comportament de curgere la curgere. Tensiunea de curgere este, prin urmare, definită ca tensiunea care trebuie aplicată probei înainte ca aceasta să înceapă să curgă. Sub tensiunea de curgere, proba se va deforma elastic (ca întinderea unui arc), iar peste tensiunea de curgere, proba va curge ca un lichid.
Majoritatea fluidelor cu Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere pot fi considerate ca un schelet structural care se extinde pe întregul volum al sistemului. Rezistența scheletului este guvernată de structura fazei dispersate și de interacțiunile acesteia. În mod normal, vâscozitatea fazei continue este scăzută, însă fracțiunile mari de volum ale unei faze dispersate pot crește vâscozitatea de o mie de ori și pot induce un comportament de tip solid în repaus. Atunci când un fluid complex care prezintă un comportament de curgere este forfecat la viteze de forfecare scăzute, cuprinse între 0,01 -0,1 s-1 și sub tensiunea sa critică, sistemul este supus unei întăriri la lucru. Acest lucru este caracteristic comportamentului solid și rezultă din întinderea elementelor elastice în câmpul de forfecare. Atunci când astfel de elemente elastice se apropie de deformația lor critică, structura începe să se rupă, provocând Subțierea prin forfecareCel mai comun tip de comportament non-newtonian este subțierea prin forfecare sau curgerea pseudoplastică, în care vâscozitatea fluidului scade odată cu creșterea forfecării.subțierea prin forfecare (înmuierea deformației) și, în consecință, curgerea. Tensiunea la care are loc această ruptură catastrofală a scheletului structural este tensiunea de curgere.
Există o serie de teste experimentale pentru determinarea tensiunii de curgere. Se utilizează adesea o rampă de tensiune de forfecare, deoarece este un mijloc ușor și rapid de determinare a tensiunii de curgere; cu toate acestea, o metodă mai precisă este de a efectua o serie de teste de fluaj și de a căuta modificări ale gradientului curbei conformității în funcție de timp [1].
În funcție de natura materialului testat, răspunsul la fluaj poate fi foarte diferit, așa cum este ilustrat în figura 1.
Deoarece variația reală a deformării va depinde de tensiunea aplicată, se obișnuiește să se vorbească mai degrabă despre complianță decât despre deformare. Conformitatea la forfecare prin fluaj (J) poate fi determinată din tensiunea de forfecare prestabilită (σ) și deformarea rezultată (γ) prin:
Folosind această noțiune, curbele de fluaj generate folosind tensiuni diferite pot fi comparate direct. Toate curbele J(t) se suprapun între ele, indiferent de tensiunea aplicată, atât timp cât tensiunea se află în regiunea vâscoelastică liniară. Atunci când acest criteriu nu mai este îndeplinit, se consideră că materialul a cedat. Acest lucru este ilustrat în figura 2, din care se poate deduce, pentru proba supusă încercării, că tensiunea de curgere este cuprinsă între 3 și 4 Pa, deoarece la 4 Pa curba nu mai urmează același profil. Această notă de aplicare prezintă metodologia și datele obținute în urma testării multiple de fluaj pentru o loțiune hidratantă.
Experimental
- O loțiune hidratantă din comerț a fost utilizată ca probă supusă evaluării.
- Măsurătorile cu reometru rotațional au fost efectuate utilizând un reometru Kinexus cu un cartuș cu placă Peltier și un sistem de măsurare cu con și placă2 și utilizând secvențe standard preconfigurate în software-ul rSpace.
- A fost utilizată o secvență standard de încărcare pentru a se asigura că proba a fost supusă unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
- Au fost efectuate o serie de teste de fluaj la șapte tensiuni aplicate diferite între 30 Pa și 66 Pa.
- Fiecare test de fluaj a fost oprit după un timp prestabilit (120 s), iar între testele de fluaj s-a efectuat ulterior un test de recuperare de timp egal.
- Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C, cu excepția cazului în care se specifică acest lucru.
Rezultate și discuții
Figura 3 compară complianța la fluaj (J) cu timpul la toate cele șapte tensiuni. Sub 42 Pa, curbele de conformitate sunt suprapuse și nu pare să existe o creștere a conformității în timp, ceea ce sugerează că nu are loc nicio curgere sub această tensiune, adică materialul se comportă ca un solid vâscoelastic.
La 48 Pa, există o modificare vizibilă a gradientului care indică un comportament dependent de timp și, prin urmare, o curgere vâscoasă. Acest lucru este probabil demonstrat mai clar în figura 4, care prezintă conformitatea finală la fiecare tensiune în urma testului de fluaj de 120 de secunde. Se poate deduce din acest ultim grafic că produsul emulsie are o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere între 42 și 48 Pa.
Pentru a obține o estimare mai precisă a tensiunii de curgere, ar fi necesar să se repete testul cu small creșteri incrementale ale tensiunii între aceste două valori și să se evalueze într-un mod similar.
Concluzie
Pentru loțiunea hidratantă testată, tensiunea maximă la care conformitatea se încadrează în regiunea vâscoelastică liniară este de 42 Pa, în timp ce la 48 Pa este depășită tensiunea de curgere. Tensiunea de curgere are, prin urmare, o valoare cuprinsă între 42 Pa și 48 Pa. Pentru o valoare mai precisă a tensiunii de curgere pentru acest material, sunt necesare iterații de testare suplimentare în această bandă îngustă de tensiune. Testarea prin fluaj multiplu pentru obținerea tensiunii de curgere este o metodă precisă, dar poate necesita iterații multiple și interpretarea corectă de către utilizator.
Vă rugăm să rețineți ...
că poate fi utilizată și o geometrie cu plăci paralele - această geometrie fiind preferată pentru dispersii și emulsii cu dimensiuni ale particulelor large. Aceste tipuri de materiale pot necesita, de asemenea, utilizarea unor geometrii zimțate sau rugoase pentru a evita artefactele legate de alunecarea la suprafața geometriei.