Giriş
Viskoelastik malzemeler deforme olduklarında, bir (3x3) tensör ile tanımlanabilen üç boyutlu bir deformasyona uğrarlar (bkz. Şekil 1).
Tensör üç normal gerilme içerir, σxx, σyy, σzz. Diğer altı tensör kayma gerilmeleridir. Eğer viskoz davranış baskınsa (yani akışkan akıyorsa), o zaman sadece bir kayma gerilmesi bileşeni vardır ve diğerleri göz ardı edilebilir.
İlk normal gerilme farkı şu şekilde tanımlanabilir:
Burada σxx uygulanan kesme yönünde etki eden gerilme ve σyy normal kuvvet yönünde etki eden gerilmedir. Reolojik bir deneyde, geometri ve yatak üzerindeki yukarı doğru itme kuvveti normal kuvvettir (eksenel yöndedir). Normal gerilim farkları genellikle kayma geriliminden daha fazla kayma hızına bağlıdır ve artan kayma hızı ile önemli artışlar gösterebilir.
N1 'e ek olarak, viskozitenin viskoelastik eşdeğeri olarak kabul edilebilecek ve aşağıdaki denkleme göre kayma hızına ý bağlı olan birinci normal gerilme katsayısını da tanımlayabiliriz.
Normal gerilme farklılıkları doğrusal olmayan etkilerle ilişkilidir ve altta yatan mikro yapının akış koşulları altında anizotropik hale gelmesinin bir sonucudur. Weissenberg veya 'çubuk tırmanma' etkisi, 'kalıp şişmesi' veya 'ekstrüzyon sonrası şişme' etkisi gibi normal reolojik etkiler.
Polimer eriyikleri, çözeltiler, yüzey aktif madde sistemleri ve emülsiyonlar dahil olmak üzere large bir dizi ürün normal gerilimler sergileyebilir. Vakaların çoğunda normal gerilmeler pozitiftir, ancak bazı durumlarda, örneğin lamel jellerde negatif normal gerilmeler de rapor edilmiştir.
İlk normal gerilim farkını doğru şekilde ölçmek için kullanılacak en iyi geometri koni ve plaka geometrisidir çünkü numune boyunca tutarlı bir kayma hızı sunar ve yukarı doğru itme sadece N1 'den kaynaklanır.
Deneysel
- Bir vücut yıkayıcısının doğrusal olmayan visko-elastik davranışı değerlendirilmiştir.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşlu bir Kinexus reometresi ve koni-plaka ölçüm sistemi1 kullanılarak ve rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış standart sekanslar kullanılarak yapılmıştır.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi olmasını sağlamak için standart bir yükleme dizisi kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Akış eğrisi, 0,1 ile 1000 s-1 arasında test edilen kesme hızlarının denge tablosu kullanılarak oluşturulmuş ve normal kuvvet belirlenmiştir.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 2, vücut yıkaması için viskozite-kayma hızı eğrisini göstermektedir. Bu ürün, düşük kayma hızlarında Newton davranışı gösterdiği ve ardından kritik bir kayma hızının üzerinde viskozitede hızlı bir düşüş olduğu için kayma inceltici bir sıvı olarak sınıflandırılabilir. Bu kritik oranın üzerinde, deforme olan mikro yapıdaki gerilimin neden olduğu doğrusal olmayan viskoelastik davranıştan kaynaklanan normal kuvvette de belirgin bir artış vardır.
Bu durum, Şekil 3'te olduğu gibi kayma gerilmeleri ve normal gerilmeler doğrudan karşılaştırıldığında daha belirgin hale gelmektedir. Bu, kayma gerilmesinin sabit hale geldiği noktada normal gerilmenin kayma gerilmesini aştığını göstermektedir. Bu, elastik baskın akış davranışına karşılık gelir ve yüzey aktif madde yapılı vücut yıkamalarının kullanım sırasında neden 'oldukça elastik' ve 'sicim gibi' göründüğünü açıklar. Sonunda, bu elastik baskın davranış yüksek kayma hızlarında akış kararsızlıklarına yol açacak ve numune ölçüm aralığından dışarı çıkacaktır.
Şekil 4, kayma viskozitesiyle birlikte çizilen ilk normal gerilme katsayısı ψ1 'i göstermektedir. İki katsayı benzer şekiller göstermektedir ancak ψ1 ý[1] ile orantılı olduğu için bu durumda η'den daha düşüktür ve daha dik bir gradyan göstermektedir. Viskoelastik malzemeler için viskozitenin yanı sıra ψ1 veya N1 'in karşılaştırılması, özellikle malzeme yüksek derecede viskoelastikse ve malzemenin kullanıldığı uygulama veya işlemin akış çizgilerinde gerilim oluşturması muhtemelse yararlı olabilir.
Sonuç
Newtonyen olmayan bir malzemenin doğrusal olmayan viskoelastik davranışı, bir koni-plaka ölçüm sistemi kullanılarak kayma hızı kayma hızının bir fonksiyonu olarak normal kuvvet ölçülerek belirlenebilir. Sırasıyla kayma gerilmesi ve kayma viskozitesine eşdeğer olan birinci normal gerilme farkı ve birinci normal gerilme katsayısı da hesaplanabilir.
1Lütfentestin bir koni plaka ölçüm sistemi ile yapılması gerektiğini unutmayın.