Introducere
Când vine vorba de materiale de joacă senzoriale, nisipul cinetic și chitul de joacă le oferă copiilor experiențe foarte diferite - ambele fascinante în sine. Deși pot părea similare la prima vedere, compozițiile lor de bază și comportamentele fizice dezvăluie o lume de diferențe.
Nisipul cinetic este o dispersie de particule de nisip dispersate într-o cantitate small de polimer (PDMS - polidimetilsiloxan), ceea ce îi conferă un comportament unic de curgere, păstrând în același timp textura granulară a nisipului. La agitare, se comportă aproape ca un lichid care se mișcă lent, permițând copiilor să îl modeleze, să îl taie și să îl fărâmițeze cu ușurință. Compoziția sa este apropiată de fracția maximă de compactare - ceea ce înseamnă că particulele de nisip sunt dens compactate, cu suficient liant pentru a permite atât mișcarea, cât și aderența fără a se prăbuși într-o grămadă.
În schimb, chitul de joacă (de asemenea pe bază de PDMS) este de obicei o dispersie de particule de pigment într-un material vâscoelastic medium. Se întinde, ricoșează și poate chiar să se rupă la o forță bruscă. Spre deosebire de nisipul cinetic, chitul de joacă are o încărcătură solidă mult mai mică, cu particule semnificativ mai mici, ceea ce duce la un comportament mai fluid și mai elastic.
Deși atât nisipul cinetic, cât și chitul de joacă sunt clasificate ca dispersii, acestea sunt formulate în mod foarte diferit. Testele reologice explică proprietățile unice ale nisipului cinetic și ale chitului de joacă și dependența acestora de modul în care sunt manipulate.
Rezultatele testelor și discuții
Figura 1 prezintă curbele rezultate în urma unei scanări de frecvență efectuată pe chit de joacă.
În timp ce G' (modulul de forfecare elastic) descrie proprietățile de tip solid ale materialului, G" (modulul de forfecare vâscos) este legat de proprietățile sale de tip lichid. Unghiul de fază, δ, este decalajul dintre deformația oscilatorie aplicată și tensiunea rezultată. Acesta este definit ca:
Unghiul de fază variază de la 0° pentru un material perfect elastic până la 90° pentru cele perfect vâscoase.
La frecvențe înalte, modulul de forfecare elastic este mai mare decât modulul de forfecare vâscos. În consecință, pentru oscilații rapide (asociate cu scări de timp scurte sau cu mișcări rapide), materialul prezintă un comportament asemănător solidului.
O intersecție între G' și G" este observată la 3 Hz, corespunzând unui unghi de fază de 45°. La frecvențe mai mici, care indică mișcări mai lente, plastilina prezintă un comportament fluid.
Figura 2 ilustrează comportamentul în funcție de frecvență al modulului de forfecare elastic (G'), al modulului de forfecare vâscos (G") și al unghiului de fază (δ) pentru nisipul cinetic. În întreaga gamă de frecvențe măsurate, materialul prezintă caracteristici predominante de tip solid. Acest lucru este evidențiat de valorile constant mai mici ale unghiului de fază (sub 45°) și de dominanța lui G' asupra lui G" pe parcursul măsurătorilor.
Concluzie
Scanările de frecvență sunt utilizate pentru a prezice modul în care un material se comportă atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. Curbele obținute în urma testării chitului de joacă și a nisipului kinetic pot fi asociate cu experiențele senzoriale ale persoanelor care le utilizează. Nisipul cinetic permite construirea de forme sau structuri, care își păstrează forma. Chitul de joacă curge treptat și capătă forma recipientului său după utilizare.