Introducere
Atunci când se efectuează măsurători reologice de forfecare pe lichide structurate - în special suspensii, emulsii sau spume - există o mare probabilitate ca măsurătoarea să fie afectată de un fenomen cunoscut sub numele de "alunecarea pereților". În general, alunecarea pereților rezultă dintr-o diminuare locală a fazei dispersate în apropierea pereților geometrici, formând efectiv un strat de lubrifiere la suprafață. În consecință, proprietățile reologice globale nu mai sunt măsurate cu exactitate, ceea ce duce la o subestimare a vâscozității reale.
Un efect similar poate fi observat atunci când se măsoară materiale solide, unde nu există suficientă frecare între probă și perete pentru a suporta tensiunea aplicată.
Alunecarea peretelui poate fi contracarată în mai multe moduri la testarea pe un reometru rotativ, în special prin utilizarea unor geometrii rugoase sau zimțate care duc efectiv mișcarea geometriei în grosul probei și astfel maximizează contactul probă-probă în detrimentul interacțiunilor probă-paravan. Pentru sistemele cu cupă și bob, se pot utiliza, de asemenea, palete și geometrii canelate.
Figura 2 prezintă consecința alunecării pentru o suspensie concentrată de particule, măsurată folosind plăci paralele netede. Aparentul "picior de câine" în curba de curgere este o caracteristică familiară a alunecării pereților care, în acest caz, poate fi eliminată în mare măsură prin utilizarea plăcilor zimțate.
Pentru aparițiile mai subtile ale alunecării pereților, este mai puțin ușor de confirmat prezența acesteia, cu excepția cazului în care măsurătorile sunt efectuate cu plăci netede și zimțate sau rugoase, deși, în multe cazuri, un utilizator nu poate avea ambele tipuri de geometrie disponibile pentru o astfel de comparație.
În astfel de cazuri, dovada alunecării poate fi obținută prin efectuarea de măsurători controlate de tensiune la diferite spații. Dacă are loc alunecarea, viteza de alunecare Vs va depinde numai de tensiunea de forfecare σ aplicată, dar nu și de spațiu. În schimb, diferența de viteză prin probă, care este utilizată pentru calcularea vitezei de forfecare, va depinde atât de spațiu, cât și de tensiunea de forfecare. Astfel, variind spațiul h și menținând constantă tensiunea σ, este posibil să se determine viteza de alunecare și rata de forfecare reală utilizând ecuația 1.
V este viteza plăcii superioare
-γapp este rata de forfecare măsurată
-γ este rata de forfecare reală
Acest lucru se realizează prin trasarea vitezei măsurate -γapp în raport cu 1/h, ceea ce ar trebui să conducă la o linie dreaptă cu gradientul 2Vs și intercepția γ-.
În unele cazuri, au fost observate valori negative pentru rata reală de forfecare, care au fost atribuite erorilor de încărcare, preciziei spațiului și proprietăților materialelor dependente de spațiu. În consecință, este preferabil să se lucreze la distanțe mai mari, unde astfel de erori vor fi reduse la minimum.
Experimental
- În acest experiment, o loțiune de corp și un gel de duș au fost evaluate pentru a determina gradul de alunecare a pereților în timpul unei măsurători reologice.
- Măsurătorile cu reometru rotațional au fost efectuate utilizând reometrul rotațional Kinexus cu un cartuș cu plăci Peltier și un sistem de măsurare cu plăci paralele rugoase1 și utilizând secvențe standard preconfigurate în software-ul rSpace.
- A fost utilizată o secvență de încărcare standard pentru a se asigura că ambele probe au fost supuse unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
- Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C.
- Secvența preconfigurată a permis efectuarea consecutivă a măsurătorilor la diferite distanțe între 1,2 și 0,9 mm, folosind o tensiune constantă aplicată de 50 Pa pentru crema de piele și de 10 Pa pentru gelul de duș.
- Viteza de forfecare măsurată a fost apoi trasată automat în funcție de diferența inversă și a fost adaptat un model de regresie liniară. Viteza de alunecare și rata de forfecare reală au fost estimate din gradient și, respectiv, din intercept.
Rezultate și discuții
Figura 3 prezintă grafice ale vâscozității de forfecare în funcție de spațiu. În timp ce gelul de duș prezintă o vâscozitate relativ constantă la fiecare interstițiu, crema pentru piele prezintă un ușor gradient, cu vâscozități mai scăzute raportate la interstiții mai mici, care pot fi atribuite alunecării peretelui. Pentru a estima viteza de alunecare, rata de forfecare măsurată a fost trasată în funcție de spațiul invers, în conformitate cu ecuația 1. Un model liniar de ajustare (y = mx+ c) a fost aplicat datelor, gradientul curbei fiind egal cu 2Vs, iar intercepția fiind egală cu rata de forfecare reală.
Pentru crema de piele, viteza de alunecare a fost estimată la 1,3 mm/s, iar rata de forfecare reală la 1,016 s-1. Aceasta este mult mai mică decât valorile măsurate (aparente) ale vitezei de forfecare, între 3-4 s-1, ceea ce sugerează un grad semnificativ de alunecare a peretelui. În consecință, pentru testele viitoare, ar fi recomandabil să se utilizeze plăci rugoase sau zimțate pentru această probă specială.
Pentru gelul de duș, viteza de alunecare a fost estimată la doar 0,08 mm/s, cu o rată de forfecare reală de 0,68 s-1 în comparație cu valoarea aparentă de aproximativ 0,76 s-1. Această diferență se încadrează în intervalul de eroare probabil asociat testului și, prin urmare, se poate considera că gelul de duș nu prezintă alunecare în aceste condiții de măsurare.
Concluzie
Un gel de duș și o cremă pentru piele au fost testate la diferite distanțe pentru a evalua viteza de alunecare la interfața perete-probă. Crema de piele a prezentat o alunecare semnificativă a peretelui, în timp ce aceasta a fost neglijabilă pentru gelul de duș. Prin urmare, acest test poate fi utilizat pentru a estima gradul de alunecare pentru un anumit material și condiții de testare și pentru a indica dacă este necesară utilizarea unor geometrii rugoase sau profilate.
Vă rugăm să rețineți...
că este necesar ca testarea să fie efectuată cu o combinație geometrică de plăci paralele netede.