روتومتر آزمایشگاه یک ابزار مهم در زمینه علوم مواد است ، به ویژه برای مطالعه خصوصیات جریان و تغییر شکل مواد. ویسکوزیته پیچیده یکی از پارامترهای کلیدی است که می تواند با استفاده از یک آزمایشگاه آزمایشگاه اندازه گیری شود و بینش ارزشمندی در مورد رفتار ویسکوالاستیک مواد ارائه می دهد. به عنوان یک تأمین کننده پیشرو درسنجش سنج، ما به خوبی در مورد چگونگی اندازه گیری این ابزارها ویسکوزیته پیچیده هستیم.
درک ویسکوزیته پیچیده
قبل از بررسی چگونگی اندازه گیری یک آزمایشگاه آزمایشگاه ویسکوزیته پیچیده ، درک این مسئله ضروری است که ویسکوزیته پیچیده نشان می دهد. در یک ماده ویسکوالاستیک ، که هر دو خاصیت چسبناک و الاستیک را نشان می دهد ، ویسکوزیته پیچیده (η*) اندازه گیری مقاومت کل در برابر جریان است که ماده در معرض برشی نوسان قرار می گیرد. این یک مقدار پیچیده است ، متشکل از یک قسمت واقعی (ویسکوزیته ذخیره سازی ، η ') و یک بخش خیالی (ویسکوزیته از دست دادن ، η'). ویسکوزیته ذخیره سازی مربوط به پاسخ الاستیک مواد است ، در حالی که ویسکوزیته از دست دادن با اتلاف چسبناک انرژی همراه است.
اصل کار یک آزمایشگاه آزمایشگاه
یک آزمایشگاه آزمایشگاه به طور معمول بر اساس حالت های برشی چرخشی یا نوسان کار می کند. در زمینه اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده ، حالت برشی نوسان بیشترین اهمیت است. در این حالت ، روتر سنج فشار برشی سینوسی (γ) یا استرس برشی (τ) را روی نمونه اعمال می کند.
بیایید فرض کنیم که یک فشار برشی سینوسی روی نمونه اعمال می شود:
C (t) = γ₀sin (ωt)
جایی که γ₀ دامنه کرنش برشی است ، Ω فرکانس زاویه ای است و T زمان است.
پاسخ استرس برشی حاصل از یک ماده ویسکوالاستیک نیز سینوسی است اما ممکن است با فشار اعمال شده از فاز خارج باشد:
t (t) = t₀sin (ωt + d)
جایی که τ₀ دامنه تنش برشی است ، و δ زاویه فاز بین استرس و کرنش است.
اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده
ویسکوزیته پیچیده η* به عنوان نسبت دامنه تنش برشی به دامنه فشار برشی تعریف شده است:
h* = t₀/c₀
همچنین می توان از نظر ویسکوزیته ذخیره سازی η 'و ویسکوزیته از دست دادن η' بیان کرد:
H* = H ' + ih' '
جایی که h '= (t₀/c) cosd و h' '= (t₀/c) سند
برای اندازه گیری این پارامترها ، ابتدا رونومتر دامنه فشار برشی اعمال شده γ₀ و استرس برشی حاصل از آن را اندازه گیری می کند. زاویه فاز δ بین استرس و کرنش نیز اندازه گیری می شود.
در یک آزمایشگاه آزمایشگاهی چاه طراحی شده ، از یک موتور دقیق برای استفاده از فشار برشی سینوسی استفاده می شود. نمونه بین دو صفحه یا هندسه صفحه مخروطی قرار می گیرد. یکی از صفحات ثابت است ، در حالی که دیگری توسط موتور هدایت می شود تا حرکت نوسان را ایجاد کند.
برای اندازه گیری استرس برشی و کرنش به سنسورها مجهز به سنسورها است. به عنوان مثال ، یک سنسور گشتاور تنش برشی را اندازه گیری می کند ، در حالی که یک رمزگذار جابجایی زاویه ای را اندازه گیری می کند ، که برای محاسبه فشار برشی استفاده می شود.
هنگامی که مقادیر γ₀ ، τ₀ و δ اندازه گیری شود ، ویسکوزیته ذخیره سازی η 'و ویسکوزیته از دست دادن η' می توانند همانطور که در بالا توضیح داده شد محاسبه شود. ویسکوزیته پیچیده η* سپس می تواند به صورت قدر - شکل فاز (| η* | = √ (η'² + η'''²) و زاویه فاز δ) یا به شکل پیچیده (η ' + iη') تعیین شود.
عوامل مؤثر در اندازه گیری
عوامل مختلفی می توانند با استفاده از یک روتر سنج آزمایشگاهی ، در صحت اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده تأثیر بگذارند.
تهیه نمونه: نمونه باید به درستی آماده شود تا از توزیع یکنواخت مواد بین هندسه های اندازه گیری اطمینان حاصل شود. هرگونه حباب هوا یا ناهمگونی در نمونه می تواند به اندازه گیری های نادرست منجر شود. به عنوان مثال ، در مورد پلیمرها ، ممکن است نمونه قبل از آزمایش نیاز به ذوب و جدا شدن داشته باشد.
درجه حرارت: دما تأثیر قابل توجهی در خصوصیات ویسکوالاستیک مواد دارد. بیشتر رئومتر های آزمایشگاهی مجهز به سیستم های کنترل دما هستند تا دمای ثابت در طول اندازه گیری حفظ شوند. تغییر دما می تواند باعث تغییر در تحرک مولکولی مواد شود ، که به نوبه خود بر ویسکوزیته پیچیده تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، با افزایش دما ، ویسکوزیته پیچیده یک پلیمر به طور معمول کاهش می یابد.
بسامد: فرکانس زاویه ای ω از برشی نوسان نیز بر ویسکوزیته پیچیده تأثیر می گذارد. در فرکانس های کم ، مواد ممکن است بیشتر شبیه یک مایع چسبناک باشند و ممکن است ویسکوزیته ضرر حاکم باشد. در فرکانس های زیاد ، پاسخ الاستیک برجسته تر می شود و ممکن است ویسکوزیته ذخیره سازی افزایش یابد. بنابراین ، اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده در طیف وسیعی از فرکانس ها برای درک کامل رفتار ویسکوالاستیک مواد مهم است.
کاربردهای اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده
اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده با استفاده از یک آزمایشگاه آزمایشگاه دارای کاربردهای بی شماری در صنایع مختلف است.
صنعت پلیمری: در صنعت پلیمر ، از اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده برای توصیف ساختار مولکولی و رفتار پردازش پلیمرها استفاده می شود. به عنوان مثال ، ویسکوزیته پیچیده می تواند اطلاعاتی در مورد میزان انشعاب ، توزیع وزن مولکولی و پیوند پلیمرها ارائه دهد. این اطلاعات برای بهینه سازی شرایط پردازش مانند اکستروژن و قالب تزریق بسیار مهم است.
صنعت مواد غذایی: در صنایع غذایی ، می توان از اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده برای مطالعه خواص رئولوژیکی محصولات غذایی مانند سس ، کرم و خمیر استفاده کرد. درک ویسکوزیته پیچیده به کنترل بافت ، پایداری و خصوصیات حسی محصولات غذایی کمک می کند.
صنعت مواد آرایشی: محصولات آرایشی مانند لوسیون و کرم نیز نیازهای رئولوژیکی خاصی دارند. اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده به تولید کنندگان این امکان را می دهد تا از گسترش مناسب ، پایداری و احساس حسی محصولات خود اطمینان حاصل کنند.
ابزارهای مکمل در آزمایشگاه
به عنوان تأمین کنندهسنجش سنج، ما همچنین ابزارهای مرتبط دیگری را ارائه می دهیم که می توانند اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده را تکمیل کنند. به عنوان مثال ، الفدستگاه تست کششی آزمایشگاهمی توان برای اندازه گیری استحکام کششی و خصوصیات کشش مواد استفاده کرد. این اطلاعات می تواند در رابطه با داده های ویسکوزیته پیچیده برای درک کامل رفتار مکانیکی مواد استفاده شود.
ابزار مفید دیگردستگاه زانو لاستیکی آزمایشگاهبشر از این دستگاه برای مخلوط کردن و ترکیبی از ترکیبات لاستیکی استفاده می شود. اختلاط مناسب برای به دست آوردن اندازه گیری دقیق رئولوژیکی ضروری است ، زیرا یک نمونه همگن را تضمین می کند.
پایان
اندازه گیری ویسکوزیته پیچیده با استفاده از یک آزمایشگاه آزمایشگاه ابزاری قدرتمند برای درک رفتار ویسکوالاستیک مواد است. با استفاده از برشی نوسان و اندازه گیری پاسخ به استرس حاصل ، Rheometer می تواند به طور دقیق ویسکوزیته پیچیده ، ویسکوزیته ذخیره سازی و ویسکوزیته از دست دادن یک نمونه را به طور دقیق تعیین کند. با این حال ، برای اطمینان از اندازه گیری دقیق ، عواملی مانند تهیه نمونه ، دما و فرکانس در نظر گرفته شده است.
اگر علاقه مند به خرید یک آزمایشگاه آزمایشگاهی یا سایر تجهیزات آزمایشگاهی مرتبط برای تحقیق یا کاربردهای صنعتی خود هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید و در مورد الزامات خاص خود صحبت کنید. تیم متخصصان ما آماده است تا در یافتن مناسب ترین راه حل ها برای نیازهای شما به شما کمک کند.
منابع
- فری ، JD (1980). خصوصیات ویسکوالاستیک پلیمرها. جان ویلی و پسران.
- Macosko ، CW (1994). رئولوژی: اصول ، اندازه گیری ها و برنامه ها. ناشران VCH.
- Mezger ، TG (2014). کتابچه راهنمای رئولوژی: برای کاربران روتومتر چرخشی و نوسان. شبکه وینسنتز.
