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 și 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 aceste 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. Una dintre cele mai rapide și mai ușoare metode constă în efectuarea unei scanări a tensiunii de forfecare și determinarea tensiunii la care se observă un vârf de vâscozitate. Înainte de acest vârf de vâscozitate, materialul este supus unei deformări elastice. Prin urmare, acest vârf reprezintă punctul în care structura elastică se rupe (cedează) și materialul începe să curgă. Acest lucru este prezentat în figura 1.
Această notă de aplicare prezintă metodologia și datele unui test de rezistență pentru două produse de gel de duș (spălare corporală) cu formulări diferite.
Tensiunea de curgere este definită ca tensiunea care trebuie aplicată probei înainte ca aceasta să înceapă să curgă.
Experimental
- Au fost evaluate două geluri de duș din comerț; unul conținând numai agent tensioactiv, iar celălalt conținând agent tensioactiv și un agent de îngroșare asociativ.
- 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 placă1 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.
- A fost efectuată o rampă de tensiune de forfecare, iar 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 curbele vâscozității în funcție de solicitare pentru cele două probe de gel de duș în testul de solicitare în rampă. Datele pentru Bodywash 2 prezintă un vârf clar de vâscozitate în cadrul testului în rampă, în timp ce datele pentru Bodywash 1 sunt relativ plate. Acest lucru implică faptul că Bodywash 2 prezintă o întărire la deformare asociată cu 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, în timp ce Bodywash 1 se comportă ca un lichid cu o vâscozitate de forfecare zero. Tensiunea de curgere măsurată pentru Bodywash 2 a fost de 4 Pa. În unele cazuri, lichidele vâscoelastice pot prezenta un ușor vârf de vâscozitate, chiar dacă nu au o adevărată 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.
În acest caz, poate fi necesară discreția utilizatorului sau, alternativ, confirmarea cu ajutorul unui test alternativ, cum ar fi un test de fluaj sau un test de tabel al vitezei de forfecare pentru a confirma absența unei vâscozități de forfecare zero2.
Concluzie
Două geluri de duș au fost comparate cu ajutorul unui test în rampă al tensiunii de curgere pe un reometru rotativ. S-a demonstrat că gelul de duș pentru corp 2, care conține un agent de îngroșare asociativ, are o limită de curgere de 4 Pa. Gelul de duș pentru corp 1 nu a prezentat niciun vârf de vâscozitate în testul cu rampă de curgere și, prin urmare, s-a considerat că nu are limită de curgere.
1 Vă rugăm sărețineți că testarea poate fi efectuată cu geometrie conică și placă sau placă paralelă - 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.