Введение
Хотя большинство суспензий и полимерных структурированных материалов разжижаются при сдвиге, некоторые материалы могут также демонстрировать загущение при сдвиге, когда вязкость увеличивается при увеличении скорости сдвига или напряжения сдвига. Это явление также часто называют дилатансией, и хотя оно относится к конкретному механизму сдвигового уплотнения, эти термины часто используются как взаимозаменяемые. В большинстве случаев сдвиговое уплотнение происходит в десятилетнем диапазоне скоростей сдвига, при этом может наблюдаться область сдвигового утончения при более низких и более высоких скоростях сдвига.
Обычно сдвиговое уплотнение наблюдается в дисперсиях или суспензиях с высокой концентрацией твердых частиц, пастах, ассоциативных полимерах, таких как полимеры HASE, HEUR и т.д. Материалы, проявляющие сдвиговое уплотнение, встречаются в промышленности гораздо реже, чем материалы, проявляющие сдвиговое разрежение, однако, если встречается сдвиговое уплотнение, материалы могут привести к серьезным проблемам при обработке. Материалы, которые претерпевают микроструктурные или ориентационные изменения при сдвиге, что приводит к увеличению сопротивления течению, склонны к сдвиговому уплотнению.
Для суспензий это обычно происходит в материалах, которые демонстрируют сдвиговое утонение при более низких скоростях сдвига и напряжениях сдвига. При критическом напряжении сдвига или скорости сдвига организованный режим течения, ответственный за сдвиговое утонение, нарушается, и может произойти так называемое образование "гидрокластеров" или "заклинивание". Это дает переходную твердообразную реакцию и увеличение наблюдаемой вязкости. Сгущение при сдвиге может также происходить в полимерах, в частности в амфифильных полимерах, которые при высоких скоростях сдвига могут раскрываться и растягиваться, обнажая участки цепи, способные образовывать переходные межмолекулярные ассоциации.
Математически поведение загущения при сдвиге может быть смоделировано с помощью модели Пауэрлау:
Где
k - консистенция
n - индекс закона мощности
σ - скорость сдвига,
-γ - скорость сдвига.
Для жидкостей, уплотняющихся при сдвиге, n больше 1.
Следует отметить, что увеличение вязкости при высоких скоростях сдвига может происходить за счет других явлений, таких как турбулентность жидкости. Однако этот эффект, как правило, возникает при использовании жидкостей с меньшей вязкостью и может быть предсказан на основе расчетов числа Рейнольдса
Экспериментальный
- Поведение суспензионной смеси кукурузы 75% масс.arcч/водной суспензии при сдвиге оценивалось по таблице скорости сдвига и анализу полученной кривой путем подгонки модели по закону мощности.
- Измерения проводились с помощью ротационного реометра Kinexus с картриджем с пластинами Пельтье и измерительной системой с шероховатыми параллельными пластинами, а также с использованием стандартных предварительно настроенных последовательностей в программном обеспечении rSpace.
- Стандартная последовательность загрузки использовалась для того, чтобы гарантировать, что оба образца подвергались последовательному и контролируемому протоколу загрузки.
- Все реологические измерения проводились при 25°C.
- Кривая течения была построена с использованием таблицы равновесных скоростей сдвига в диапазоне от 0,1 до 100 с-1 и модели силового закона, подогнанной к части этой кривой, выделенной вручную select.
Результаты и обсуждение
На рис. 1 показан профиль вязкости-скорости сдвига для дисперсии Corn Starch. При низких скоростях сдвига образец демонстрирует поведение сдвигового утонения; однако при критической скорости сдвига около 8 с-1 наблюдается резкий подъем вязкости, характерный для сдвигового утолщения. При подгонке модели закона мощности к данным в диапазоне от 0,15 с-1 до 6,5 с-1 полученное значение индекса закона мощности(n) составляет 0,57, что подтверждает поведение сдвигового утоньшения(n<1). При подгонке той же модели к данным в диапазоне от 10 с-1 до 20 с-1 значение n составляет 3,01, что свидетельствует о значительном сдвиговом утолщении(n>1).s.
Заключение
Испытываемая смесь кукурузы с водойarch демонстрировала сильное сгущение при сдвиге выше 8 с-1, что подтверждается индексом закона мощности(n), который дал значение 3 для данных между 10 и 20 с-1.
Обратите внимание...
также можно использовать геометрию конической пластины или цилиндрическую геометрию. Геометрия с пескоструйной обработкой должна рассматриваться, если материал может проявить эффект пристенного скольжения. Larger геометрии полезны для измерений при низких крутящих моментах, которые чаще всего встречаются при низких скоростях сдвига и напряжениях. Для этих испытаний также рекомендуется использовать ловушку для растворителя, поскольку испарение растворителя (например, воды) по краям измерительной системы