Giriş
Çoğu süspansiyon ve polimer yapılı malzeme kayma incelmesi gösterirken, bazı malzemeler artan kayma hızı veya kayma gerilimi ile viskozitenin arttığı kayma kalınlaşması davranışı da gösterebilir. Bu fenomen genellikle dilatans olarak da adlandırılır ve bu, kesme kalınlaşması için belirli bir mekanizmaya atıfta bulunsa da, terimler genellikle birbirinin yerine kullanılır. Çoğu durumda, kayma kalınlaşması on yıllık kayma hızlarında meydana gelir ve daha düşük ve daha yüksek kayma hızlarında bir kayma incelmesi bölgesi olabilir.
Genellikle, yüksek konsantrasyonda katı partikül içeren dispersiyonlar veya partikül süspansiyonları, macunlar, HASE, HEUR polimerleri vb. gibi birleştirici polimerler kayma kalınlaşması sergiler. Kayma kalınlaşması sergileyen malzemeler endüstriyel uygulamalarda kayma incelmesi sergileyen malzemelere göre çok daha az yaygındır, ancak kayma kalınlaşması ile karşılaşıldığında malzemeler ciddi işleme sorunlarına yol açabilir. Akışa karşı direncin artmasına neden olan kesme uygulamasında mikroyapısal veya oryantasyon değişikliklerine uğrayan malzemeler kesme kalınlaşması gösterme eğiliminde olacaktır.
Süspansiyonlar için bu durum genellikle düşük kayma hızlarında ve kayma gerilimlerinde kayma incelmesi gösteren malzemelerde meydana gelir. Kritik bir kayma gerilimi veya kayma hızında, kayma incelmesinden sorumlu organize akış rejimi bozulur ve 'hidro küme' oluşumu veya 'sıkışma' meydana gelebilir. Bu durum geçici katı benzeri bir tepki ve gözlenen viskozitede bir artışa neden olur. Kayma kalınlaşması polimerlerde, özellikle de yüksek kayma hızlarında açılıp esneyebilen ve zincirin geçici moleküller arası birlikler oluşturabilen kısımlarını açığa çıkaran amfifilik polimerlerde de meydana gelebilir.
Matematiksel olarak, kayma kalınlaşması davranışı powerlaw modeli kullanılarak modellenebilir:
Nerede
k kıvamdır
n güç kanunu indeksidir
σ kayma hızıdır,
-γ kayma hızıdır.
Kayma kalınlaştırıcı akışkanlar için n 1'den büyüktür.
Yüksek kayma hızlarında viskozitede bir yükselişin, akışkan türbülansı gibi diğer fenomenler yoluyla meydana gelebileceği unutulmamalıdır. Ancak bu etki daha düşük viskoziteli akışkanlarda ortaya çıkma eğilimindedir ve Reynolds sayısı hesaplamalarından tahmin edilebilir
Deneysel
- 75 w/w mısır starch/su süspansiyon karışımının kayma kalınlaşması davranışı, bir kayma hızı tablosu testi gerçekleştirilerek ve ortaya çıkan eğri bir güç yasası modeline uydurularak analiz edilerek değerlendirilmiştir.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşu ve pürüzlendirilmiş paralel plaka ölçüm sistemine sahip Kinexus rotasyonel reometresi kullanılarak ve rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış standart diziler kullanılarak yapılmıştır.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Akış eğrisi, 0,1 ile 100 s-1 arasında test edilen kayma hızlarının denge tablosu ve bu eğrinin manuel olarak selected kısmına takılan bir Güç Yasası ModeliGüç yasası modeli, bir numunenin kayma incelmesi yapısını ölçmek için (tipik olarak) yaygın bir reolojik modeldir ve sıfıra yakın değer daha fazla kayma incelmesi olan bir malzemeyi gösterir.güç yasası modeli kullanılarak oluşturulmuştur.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 1, Corn Starch dispersiyonu için viskozite-kayma hızı profilini göstermektedir. Düşük kayma hızlarında, numune kayma incelmesi davranışı sergiler; ancak, yaklaşık 8 s-1'lik kritik bir kayma hızında, viskozitede kayma kalınlaşması davranışının karakteristiği olan keskin bir yükseliş gözlenir. Verilere 0,15 s-1 ile 6,5 s-1 arasında bir Güç Yasası ModeliGüç yasası modeli, bir numunenin kayma incelmesi yapısını ölçmek için (tipik olarak) yaygın bir reolojik modeldir ve sıfıra yakın değer daha fazla kayma incelmesi olan bir malzemeyi gösterir.güç yasası modeli uydurulduğunda, güç yasası indeksi(n) için bildirilen değer 0,57'dir, dolayısıyla kayma incelmesi davranışını doğrular(n<1). Aynı modelin 10 s-1 ile 20 s-1 arasındaki verilere uydurulmasıyla elde edilen n değeri 3,01'dir ve bu da kayda değer bir kayma kalınlaşmasını(n>1) göstermektedir.
Sonuç
Test edilen mısır starch-su karışımı, 10 ve 20 s-1 arasındaki veriler için 3 değerini veren güç kanunu indeksi(n) tarafından onaylandığı üzere 8 s-1'nin üzerinde güçlü kayma-kalınlaşma davranışı sergilemiştir.
Lütfen dikkat...
konik plaka geometrisi veya silindirik geometri de kullanılabilir. Malzemenin duvar kayması etkileri göstermesi muhtemel ise kum püskürtmeli bir geometri düşünülmelidir. Larger geometrileri, düşük kayma hızlarında ve gerilmelerde karşılaşılması daha muhtemel olan düşük torklardaki ölçümler için kullanışlıdır. Ölçüm sisteminin kenarlarındaki çözücünün (örn. su) buharlaşması nedeniyle bu testler için bir çözücü tuzağının kullanılması da önerilir