Determinarea tensiunii de curgere a fluidelor complexe prin testul de creștere a tensiunii pe un reometru rotațional - Body Lotion

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; cu toate acestea, 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 la forfecare (înmuierea deformației) și curgerea ulterioară. Aceasta coincide cu o valoare maximă a tensiunii de forfecare, care este egală cu tensiunea de curgere. Acest lucru este ilustrat în figura 1.

Tensiunea de curgere este definită ca fiind tensiunea care trebuie aplicată probei înainte ca aceasta să înceapă să curgă.

De obicei, în aceste teste se utilizează o rată de forfecare scăzută pentru a ține seama de proprietățile 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 în timp ale materialului, deși se pot utiliza rate de forfecare diferite în funcție de aplicația de interes. Procesele rapide, cum ar fi distribuirea, au loc pe scări scurte de timp, ceea ce corespunde unor rate de forfecare mai mari, în timp ce stabilitatea la sedimentare/cremenare are loc pe perioade mai lungi de timp și este mai bine evaluată la rate de forfecare mai mici. Deoarece tensiunea de curgere este în general o proprietate dependentă de timp, valorile măsurate pot fi diferite. Cu toate acestea, o rată de forfecare de 0,01 ^s-1 este utilizată în mod obișnuit într-un astfel de test și s-a constatat că oferă o bună concordanță cu alte metode de măsurare a tensiunii de curgere, cum ar fi testul de fluaj [1].

Această notă de aplicare prezintă metodologia și datele unui test de creștere a tensiunii pentru o loțiune de corp.

Experimental

• Pentru analiză a fost ales un produs comercial de loțiune de corp.
• Măsurătorile cu reometru rotațional au fost efectuate utilizând un reometru Kinexus cu un cartuș cu plăci Peltier și un sistem de măsurare cu plăci paralele rugoase de 40 mm (pentru a evita alunecarea probei pe suprafețele geometriei⁾² și utilizând secvențe standard preconfigurate în software-ul rSpace.
• Poziția de forfecare pentru geometria plăcilor paralele a fost setată la 100% în software-ul rSpace (utilizând baza de date a geometriei), astfel încât să se măsoare tensiunea la începutul cedării.
• A fost utilizată o secvență standard de încărcare pentru a se asigura că proba a fost supusă unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
• S-a efectuat un singur test de forfecare la o rată de forfecare de 0,01 ^s-1 și s-a măsurat evoluția tensiunii în funcție de timp.
• Datele au fost analizate utilizând o analiză de vârf pentru a determina tensiunea de curgere.
• Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C.

Rezultate și discuții

Figura 2 prezintă o curbă a tensiunii în funcție de timp pentru proba de loțiune de corp. Tensiunea crește inițial pe măsură ce tensiunea crește și atinge o valoare maximă la tensiunea critică, care este egală cu tensiunea de curgere.

Tabelul 1: Rezultatele analizei vârfurilor din curba de evoluție a tensiunii pentru proba de loțiune pentru corp

Această valoare de vârf este determinată automat de o analiză de vârf și raportată în software-ul rSpace sub formă tabelară, după cum se arată în tabelul 1. Valoarea raportată a tensiunii de curgere pentru această loțiune de corp este de 75,4 Pa și s-a constatat că aceasta apare la o deformație de aproximativ 0,5 (50%).

După cum s-a menționat în introducere, pentru unele materiale, tensiunea de curgere măsurată poate depinde de viteza de forfecare, în special atunci când are loc o 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 structurală semnificativă în timp. În aceste cazuri, se va observa 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 mai mare pentru viteze de forfecare mai mari, deoarece structura are mai puțin timp să se relaxeze.

De exemplu, același test de creștere a tensiunii efectuat pe aceeași loțiune de corp la o rată de forfecare de 0,1 ^s-1 în loc de 0,01 ^s-1 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 82 Pa.

Concluzie

Creșterea tensiunii este un test rapid și precis pentru determinarea tensiunii de curgere a unui material. Cu toate acestea, este important să se utilizeze o rată de forfecare constantă pentru testarea comparativă, deoarece diferite rate de forfecare pot da rezultate diferite 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 testat.

Vă rugăm să rețineți ...

că testarea poate fi efectuată cu geometria conului și a plăcii sau a plăcii paralele - aceasta din urmă 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.