Введение
Многие потребительские товары упаковываются в тубы или бутылки, где для нанесения продукта требуется прокачать его через сопло. Такие продукты, как правило, представляют собой продукты, разжижающиеся при сдвиге, где вязкость падает в процессе экструзии из-за увеличения скорости сдвига, а затем восстанавливается на выходе из сопла при уменьшении скорости сдвига. Скорость сдвига, возникающая во время этого процесса, связана с радиусом r отверстия и объемным расходом Q следующим выражением:
Параметр n - это индекс закона мощности, который равен единице для ньютоновской жидкости и от 0 до 1 для ньютоновской жидкости. Это значение можно легко получить из теста с переменной скоростью сдвига путем подгонки модели закона мощности к полученным данным.
Измерив объемный расход (объем, выдаваемый за определенное время) и внутренний радиус отверстия, можно оценить скорость сдвига, возникающую в процессе экструзии. Это значение может быть использовано в петлевом испытании скорости сдвига, при котором скорость сдвига изменяется от низкого значения (до экструзии) до интересующей скорости сдвига и снова снижается. Такое испытание позволяет определить величину напряжения, необходимого для экструзии, распыления или разлива продукта, и степень восстановления вязкости после этого процесса, что в конечном итоге определяет толщину используемого продукта. Количественно это можно определить, измерив площадь, заключенную между кривыми подъема и спада.
Экспериментальный
- Экструзионные свойства зубной пасты и лосьона для тела оценивались и сравнивались в условиях, соответствующих технологическому процессу.
- Вращательные реометрические измерения проводились с помощью реометра Kinexus с картриджем для пластин Пельтье и измерительной системой с шероховатыми параллельными пластинами1, а также с использованием стандартных предварительно сконфигурированных последовательностей в программном обеспечении rSpace.
- Стандартная последовательность загрузки использовалась для обеспечения последовательного и контролируемого протокола загрузки образца.
- Все реологические измерения проводились при 25°C.
- Соответствующие скорости сдвига при экструзии автоматически рассчитывались как часть последовательности испытаний с использованием введенных значений объема экструдированного материала, времени экструзии и радиуса диафрагмы. Испытание было запрограммировано на использование этого рассчитанного значения в качестве максимальной скорости сдвига в темпе "вверх-вниз".
- Измеренное напряжение при рассчитанной скорости сдвига и площадь между кривыми "вверх-вниз" были представлены в виде отчета. Первый показатель отражает требуемое напряжение для экструзии, а второй - степень восстановления вязкости (тиксотропии) после экструзии.
Результаты и обсуждение
Автоматический калькулятор определил, что скорость сдвига для лосьона для тела составляет приблизительно 2000 с-1, и поэтому автоматически выполнил темп изменения скорости сдвига от 0,1 с-1 до 2000 с-1 и обратно. Результаты, представленные на рисунке 1, показывают, что вязкость при репрезентативной скорости сдвига составляет 0,143 Па, и для экструзии продукта потребуется приложить напряжение сдвига (связанное с выдавливанием) в 274 Па. Более того, анализ площади дает значение всего 18, что говорит о том, что продукт быстро восстанавливает свою вязкость после экструзии и, следовательно, не является тиксотропным.
Для зубной пасты, показанной на рисунке 2, скорость сдвига при экструзии была рассчитана как приблизительно 33 с-1. Вязкость при данной скорости сдвига составляет 19,73 Па, и для экструзии продукта потребуется приложить напряжение сдвига в 643 Па. Этот материал, по-видимому, является тиксотропным, поскольку площадь между верхней и нижней кривыми имеет гораздо большее значение - 775. Небольшой пик вязкости, наблюдаемый в начале испытания для обоих образцов, является результатом упругой деформации при запуске и должен был наблюдаться для обоих этих продуктов, поскольку они оба имеют предел текучести [1].
Выводы
Значения скорости сдвига, связанные с выдавливанием крема для кожи из флакона и зубной пасты из тюбика, были рассчитаны и автоматически введены в тест на скорость сдвига "вверх-вниз". Результаты показали, что для выдачи крема для кожи с требуемой скоростью необходимо напряжение сдвига 274 Па, а для зубной пасты - 643 Па. Определение площади между кривыми "вверх-вниз" показало, что лосьон для тела не является тиксотропным, в то время как зубная паста демонстрирует тиксотропное поведение.
Обратите внимание...
рекомендуется проводить испытания с использованием геометрии конуса и пластины или параллельной пластины, причем последняя предпочтительна для дисперсий и эмульсий с размером частиц large. Для таких типов материалов также может потребоваться использование зубчатых или шероховатых геометрий, чтобы избежать артефактов, связанных с проскальзыванием на поверхности геометрии.