Giriş
Yapılandırılmış sıvılar (özellikle süspansiyonlar, emülsiyonlar veya köpükler) üzerinde kesme reolojisi ölçümleri yapılırken, ölçümün "duvar kayması" olarak bilinen bir olgudan etkilenme olasılığı yüksektir. Duvar kayması genellikle geometri duvarlarının yakınında dağılmış fazın yerel olarak tükenmesinden kaynaklanır ve yüzeyde etkili bir şekilde bir yağlama tabakası oluşturur. Sonuç olarak, yığın reolojik özellikleri artık doğru bir şekilde ölçülememekte ve bu da gerçek viskozitenin olduğundan düşük tahmin edilmesine yol açmaktadır.
Benzer bir etki, uygulanan gerilimi desteklemek için numune ile duvar arasında yeterli sürtünmenin olmadığı katı benzeri malzemeler ölçülürken de gözlemlenebilir.
Bir rotasyonel reometrede test yaparken duvar kayması çeşitli şekillerde önlenebilir, özellikle de geometri hareketini numunenin büyük kısmına etkili bir şekilde alan ve böylece numune-duvar etkileşimleri pahasına numune temasını en üst düzeye çıkaran pürüzlü veya tırtıklı geometriler kullanılarak. Çanak ve bob sistemleri için kanatlar ve yivli geometriler de kullanılabilir.
Şekil 2, düz paralel plakalar kullanılarak ölçülen konsantre bir partikül süspansiyonu için kaymanın sonucunu göstermektedir. Akış eğrisindeki belirgin "köpek bacağı" duvar kaymasının bilinen bir özelliğidir ve bu durumda largetırtıklı plakaların kullanılmasıyla ortadan kaldırılabilir.
Duvar kaymasının daha ince oluşumları için, ölçümler pürüzsüz ve tırtıklı veya pürüzlü plakalarla yapılmadıkça varlığını doğrulamak daha az kolaydır, ancak çoğu durumda bir kullanıcı böyle bir karşılaştırma için her iki geometri türüne de sahip olmayabilir.
Bu gibi durumlarda, farklı boşluklarda gerilim kontrollü ölçümler yapılarak kayma kanıtı elde edilebilir. Kayma meydana gelirse, Vs kayma hızı sadece uygulanan σ kayma gerilimine bağlı olacak, boşluğa bağlı olmayacaktır. Buna karşılık, kayma hızını hesaplamak için kullanılan numune boyunca hız farkı hem boşluğa hem de kayma gerilmesine bağlı olacaktır. Bu nedenle, h aralığını değiştirerek ve σ gerilimini sabit tutarak, Denklem 1'i kullanarak kayma hızını ve gerçek kayma hızını belirlemek mümkündür.
V üst plakanın hızıdır
-γapp ölçülen kayma oranıdır
-γ gerçek kayma oranıdır
Bu, ölçülen -γapp oranının 1/h'ye karşı grafiğe geçirilmesiyle yapılır; bu da 2Vs eğimli ve γ- kesişmeli düz bir çizgi ile sonuçlanmalıdır.
Bazı durumlarda, gerçek kayma hızı için negatif değerler gözlemlenmiştir ve bunlar yükleme hatalarına, boşluk doğruluğuna ve boşluğa bağlı malzeme özelliklerine bağlanmıştır. Sonuç olarak, bu tür hataların en aza indirileceği larger boşluklarında çalışmak tercih edilir.
Deneysel
- Bu deneyde, bir vücut losyonu ve bir duş jeli, reolojik ölçüm sırasında duvar kaymasının boyutunu belirlemek için değerlendirilmiştir.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşu ve pürüzlendirilmiş paralel plaka ölçüm sistemine1 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.
- Önceden yapılandırılmış sıra, cilt kremi için 50 Pa ve duş jeli için 10 Pa sabit uygulanan StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres kullanılarak 1,2 ve 0,9 mm arasındaki çeşitli aralıklarda art arda ölçümler yapılmasına izin vermiştir.
- Ölçülen kayma hızı daha sonra otomatik olarak ters boşluğa karşı çizildi ve doğrusal bir regresyon modeli takıldı. Kayma hızı ve gerçek kayma hızı sırasıyla gradyan ve kesişimden tahmin edilmiştir.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 3, boşluğa karşı kayma viskozitesinin plots değerini göstermektedir. Duş jeli her boşlukta nispeten sabit bir viskozite gösterirken, cilt kremi smaller boşluklarda rapor edilen daha düşük viskozitelerle hafif bir gradyan gösterir ve bu da duvar kaymasına atfedilebilir. Kayma hızını tahmin etmek için, ölçülen kayma hızı Denklem 1 doğrultusunda ters boşluğa karşı grafiğe geçirilmiştir. Eğrinin gradyanı 2Vs 'ye ve kesişme noktası gerçek kayma hızına eşit olacak şekilde verilere doğrusal bir model uyumu (y = mx + c) uygulanmıştır.
Deri kremi için kayma hızının 1,3 mm/s ve gerçek kayma hızının 1,016 s-1 olduğu tahmin edilmiştir. Bu, 3-4 s-1 arasında ölçülen (görünür) kayma hızı değerlerinden oldukça düşüktür ve önemli derecede duvar kaymasına işaret etmektedir. Sonuç olarak, gelecekte yapılacak testlerde bu numune için pürüzlendirilmiş veya tırtıklı plakaların kullanılması tavsiye edilir.
Duş jeli için kayma hızı, yaklaşık 0,76 s-1 'lik görünür değere kıyasla 0,68 s-1'lik gerçek bir kayma hızı ile sadece 0,08 mm/s olarak tahmin edilmiştir. Bu fark, testle ilişkili olası hata aralığı dahilindedir ve bu nedenle duş jelinin bu ölçüm koşulları altında kayma göstermediği düşünülebilir.
Sonuç
Bir duş jeli ve cilt kremi, duvar-örnek arayüzündeki kayma hızını değerlendirmek için çeşitli aralıklarda test edilmiştir. Cilt kremi önemli ölçüde duvar kayması gösterirken, bu durum duş jeli için ihmal edilebilir düzeydedir. Dolayısıyla bu test, belirli bir malzeme ve test koşulu için kayma derecesini tahmin etmek ve pürüzlendirilmiş veya profilli geometrilerin kullanımının gerekli olup olmadığını göstermek için kullanılabilir.
Lütfen dikkat...
testin düzgün bir paralel plaka geometrisi kombinasyonu ile gerçekleştirilmesi gerekmektedir.