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 solid în repaus.
Există diferite metode de determinare a tensiunii de curgere [1], majoritatea folosind teste de forfecare constantă, însă una dintre cele mai sensibile metode este utilizarea unei baleiere cu amplitudine oscilatorie. Acest test implică aplicarea unei tensiuni sau a unei deformații în creștere și monitorizarea modificărilor modulului și/sau ale tensiunii.
Există diferite moduri de interpretare a tensiunii de curgere în urma unei scanări de amplitudine, așa cum se arată în figura 1. Unii lucrători consideră că scăderea inițială a lui G' este o măsură a punctului de cedare, deoarece aceasta reprezintă debutul neliniarității și al ruperii structurale, în timp ce alții consideră că punctul de trecere G'/G" este punctul de cedare, deoarece acesta reprezintă tranziția de la comportamentul solid la cel lichid. Zona dintre aceste evenimente este adesea denumită zonă de curgere.
Tensiunea de curgere este definită ca fiind tensiunea care trebuie aplicată probei înainte ca aceasta să înceapă să curgă.
O metodă mai recentă implică măsurarea componentei de tensiune elastică, σ' (asociată cu structura elastică prin G'), în funcție de amplitudinea deformației. Tensiunea de curgere este considerată ca fiind tensiunea maximă, iar deformația în acest punct este deformația de curgere (a se vedea figura 2). În general, această valoare se încadrează undeva în zona de curgere și s-a demonstrat că oferă o măsurare mai fiabilă a tensiunii de curgere care se corelează bine cu alte metode.
Frecvența încercării poate afecta uneori tensiunea de curgere măsurată, în funcție de comportamentul de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare al materialului supus încercării. Frecvențele mai mici vor oferi o indicație mai bună a proprietăților materialului în repaus, dar vor crește considerabil durata încercării. În consecință, sunt utilizate în mod obișnuit valori cuprinse între 0,1 și 10 Hz.
Această notă de aplicare prezintă metodologia și datele pentru o serie de probe de gel.
Experimental
- Au fost evaluate următoarele probe de gel - un sistem de polimer asociativ (HASE)-surfactant, un gel pentru păr și o soluție apoasă de gumă mannan/xanthan în apă.
- 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 probele au fost supuse unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
- S-a efectuat o scanare a amplitudinii controlată prin deformare la 1 Hz și s-au măsurat datele pentru modulul și tensiunea elastică în funcție de deformarea aplicată.
- Tensiunea de curgere pentru fiecare probă a fost determinată pe baza unei analize de vârf a datelor privind tensiunea elastică în funcție de deformare.
- Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C.
Rezultate și discuții
Figura 3 prezintă rezultatele scanărilor amplitudinii de deformare pentru diferite probe, iar tabelul 1 prezintă valorile corespunzătoare ale tensiunii de curgere și ale deformării, determinate în urma unei analize automate a vârfurilor.
Tabelul 1: Valorile tensiunii de curgere și ale deformației determinate în urma analizei diagramelor tensiunii elastice
| Descriere eșantion | Întindere de curgere | Tensiunea de curgere (Pa) |
|---|---|---|
| Gel de păr | 0.869 | 77.3 |
| Gumă xantan/Mannan | 1.472 | 23.4 |
| HASE-surfactant | 0.194 | 11.1 |
Gelul de păr are cea mai mare 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, cu o valoare măsurată de 77 Pa. Complexul de gumă a dat 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 de 23 Pa, în timp ce îngroșatorul asociativ a avut cea mai mică valoare de 11 Pa.
În ceea ce privește tensiunea de curgere, cea mai mare valoare a fost măsurată pentru complexul de gumă, cu o valoare de 1,5, indicând astfel o structură mai ductilă. Gelul de păr a dat o valoare de 0,87, iar îngroșatorul asociativ (HASE-surfactant) o valoare de 0,2, indicând o structură mai fragilă.
Concluzie
Un test de explorare a amplitudinii de oscilație poate fi utilizat pentru a determina tensiunea de curgere și deformația unui material. Metoda de testare preferată implică monitorizarea tensiunii elastice σ' în funcție de amplitudinea deformării γ, deducându-se că tensiunea de curgere este valoarea maximă măsurată a lui σ'. Acest test a fost utilizat pentru a măsura tensiunea de curgere și deformarea unui număr de sisteme de geluri apoase.
2Vă rugăm sărețineți 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.