Введение
Геометрии, создающие равномерный профиль скорости сдвига, такие как конус/пластина и цилиндрические системы, предпочтительны для вращательных измерений, поскольку они позволяют получить абсолютные значения сдвиговой вязкости. Скорость сдвига и напряжение сдвига, действующие на образец, четко определяются с помощью измерительного зазора с перемещением и крутящим моментом, соответственно.
Однако широкий спектр материалов не может быть измерен с помощью таких геометрий, например, если происходит седиментация или если образец содержит частицы размером large. В этих случаях определение вязкости все же возможно с помощью "относительной" геометрии, названной так потому, что профиль скорости сдвига не является полностью однородным.
На рисунке 1 показана одна из таких геометрий. Двойной орбитальный шар был разработан для измерений строительных материалов, которые часто содержат частицы large.
Измерения, проведенные на двух образцах с помощью сдвоенного орбитального шара и одного и того же прибора, можно сравнивать между собой. Однако следует иметь в виду, что они не являются на 100% корректными из-за неоднородного поля сдвига.
В следующем обсуждении измерение, выполненное с помощью абсолютной геометрии, сравнивается с измерением, выполненным с помощью сдвоенного орбитального шара.
Параметры измерения
Измерение вращения (вязкости) краски для стен проводилось с помощью сдвоенного орбитального шара (относительная геометрия) и системы конус/тарелка (абсолютная геометрия).
Условия, использованные для испытаний, приведены в таблице 1.
Для всех реометров геометрические константы используются в качестве коэффициентов преобразования, которые берут такие параметры прибора, как крутящий момент и перемещение, и преобразуют их в напряжение и скорость сдвига. Для конуса и пластины эти константы хорошо определены1. Для относительной геометрии, такой как шар со сдвоенной орбитой, используется альтернативная процедура2, позволяющая получить близкое соответствие абсолютной геометрии.
1 Macosko CW: Rheology Concepts, Principles and Applications, Wiley-VCH (1992)
2 Duffy JJ, Hill AJ, Murphy SH: Simple method for determining stress and strain constants for non-standard measuring systems on a rotational rheometer, Appl. Rheol. 25 (2015) 42670
Таблица 1: Условия испытаний
| Образец | Настенная краска | |
| Устройство | Kinexus ultra + | |
| Геометрия | Абсолют: CP1/40 (конусная тарелка, диаметр: 40 мм, угол конуса: 1°) | Двойной орбитальный шар |
| Зазор | 26 мкм | 1 мм (Расстояние между шариками и дном чашки) |
| Скорость сдвига | 0.от 1 до 100 с-1 | |
Результаты измерений
На рис. 2 показаны результирующие кривые двух измерений в процессе вискозиметрии в установившемся режиме в интервале от 0,1 до 100 с-1.
Кривые показывают хорошее согласие между значениями сдвиговой вязкости, полученными с помощью двойного орбитального шара, и значениями, полученными в результате измерения с помощью системы конус/пластина в течение трех декад скорости сдвига.
Заключение
Для получения значений сдвиговой вязкости в первую очередь подходит абсолютная геометрия, например геометрия конуса/тарелки. Однако если образец очень нестабилен, т.е. происходит седиментация или сепарация, или если образец содержит частицы large, абсолютная геометрия не подходит, так как значения сдвиговой вязкости не являются репрезентативными. Двойной орбитальный шар дает более последовательную и репрезентативную информацию о вязкости образца при реологических испытаниях. В данном примере было показано, что измерения с использованием геометрии сдвоенного орбитального шара обеспечивают репрезентативные значения сдвиговой вязкости материала.