ห้องปฏิบัติการ rheometer เป็นเครื่องมือสำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาการไหลและคุณสมบัติการเสียรูปของวัสดุ ความหนืดที่ซับซ้อนเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญที่สามารถวัดได้โดยเครื่องวัดความร้อนในห้องปฏิบัติการซึ่งให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับพฤติกรรม viscoelastic ของวัสดุ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของห้องปฏิบัติการ rheometerเรามีความเชี่ยวชาญในการวัดความหนืดที่ซับซ้อนอย่างไร
ทำความเข้าใจความหนืดที่ซับซ้อน
ก่อนที่จะเจาะลึกว่าห้องปฏิบัติการ rheometer วัดความหนืดที่ซับซ้อนได้อย่างไรมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจว่าความหนืดที่ซับซ้อนแสดงถึงอะไร ในวัสดุ viscoelastic ซึ่งแสดงคุณสมบัติทั้งความหนืดและยืดหยุ่นความหนืดที่ซับซ้อน (η*) เป็นการวัดความต้านทานรวมต่อการไหลเมื่อวัสดุอยู่ภายใต้แรงเฉือนแบบแกว่ง มันเป็นปริมาณที่ซับซ้อนประกอบด้วยส่วนจริง (ความหนืดในการจัดเก็บ, η ') และส่วนจินตภาพ (ความหนืดการสูญเสีย, η' ') ความหนืดของการจัดเก็บเกี่ยวข้องกับการตอบสนองแบบยืดหยุ่นของวัสดุในขณะที่ความหนืดของการสูญเสียนั้นเกี่ยวข้องกับการกระจายพลังงาน
หลักการทำงานของห้องปฏิบัติการ rheometer
โดยทั่วไปแล้วห้องปฏิบัติการ rheometer จะทำงานตามโหมดแรงเฉือนแบบหมุนหรือการแกว่ง ในบริบทของการวัดความหนืดที่ซับซ้อนโหมดแรงเฉือนแบบแกว่งเป็นวิธีที่เกี่ยวข้องมากที่สุด ในโหมดนี้ Rheometer ใช้สายพันธุ์แรงเฉือนแบบไซน์ (γ) หรือความเครียดแรงเฉือน (τ) กับตัวอย่าง
สมมติว่ามีการใช้ความเครียดเฉือนแบบไซน์กับตัวอย่าง:
C (t) = γ₀sin (Ωt)
โดยที่γ₀เป็นแอมพลิจูดของความเครียดแรงเฉือนΩคือความถี่เชิงมุมและ t คือเวลา
การตอบสนองต่อความเครียดแรงเฉือนของวัสดุ viscoelastic ก็เป็นไซน์ แต่อาจไม่อยู่ในระยะที่มีสายพันธุ์ที่ใช้:
t (t) = t₀sin (ωt + d)
โดยที่τ₀คือแอมพลิจูดของความเครียดแรงเฉือนและΔคือมุมเฟสระหว่างความเครียดและความเครียด
การวัดความหนืดที่ซับซ้อน
ความหนืดที่ซับซ้อนη* ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของแอมพลิจูดของความเครียดแรงเฉือนต่อแอมพลิจูดของสายพันธุ์เฉือน:
h* = t₀/c₀
นอกจากนี้ยังสามารถแสดงในแง่ของความหนืดของการจัดเก็บη 'และความหนืดของการสูญเสียη' '
h* = h ' + ih' '
โดยที่ h '= (t₀/c) cosd และ h' '= (t₀/c) sind
ในการวัดพารามิเตอร์เหล่านี้เครื่องวัดความร้อนจะวัดแอมพลิจูดของสายพันธุ์แรงเฉือนที่ใช้γ₀และความเครียดแรงเฉือนที่เกิดขึ้นτ₀ มุมเฟสΔระหว่างความเครียดและความเครียดก็ถูกวัดเช่นกัน
ในห้องปฏิบัติการ rheometer ที่ออกแบบมานั้นใช้มอเตอร์ที่มีความแม่นยำในการใช้สายพันธุ์แรงเฉือนแบบไซน์ ตัวอย่างถูกวางไว้ระหว่างสองแผ่นหรือรูปทรงกรวย - และ - แผ่นเรขาคณิต แผ่นหนึ่งได้รับการแก้ไขในขณะที่อีกแผ่นหนึ่งถูกขับเคลื่อนโดยมอเตอร์เพื่อสร้างการเคลื่อนไหวแบบแกว่ง
Rheometer ติดตั้งเซ็นเซอร์เพื่อวัดความเครียดแรงเฉือนและความเครียดอย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่นเซ็นเซอร์แรงบิดวัดความเครียดแรงเฉือนในขณะที่ตัวเข้ารหัสวัดการกระจัดเชิงมุมซึ่งใช้ในการคำนวณความเครียดเฉือน
เมื่อวัดค่าของγ₀, τ₀และΔแล้วสามารถคำนวณความหนืดของการจัดเก็บη 'และความหนืดของการสูญเสียη' 'สามารถคำนวณได้ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ความหนืดที่ซับซ้อนη* สามารถกำหนดได้ทั้งในขนาด - รูปแบบเฟส (| η* | = √ (η'² + η'²) และมุมเฟสΔ) หรือในรูปแบบที่ซับซ้อน (η ' + iη' ')
ปัจจัยที่มีผลต่อการวัด
ปัจจัยหลายอย่างอาจส่งผลกระทบต่อความแม่นยำของการวัดความหนืดที่ซับซ้อนโดยใช้เครื่องวัดความร้อนในห้องปฏิบัติการ
การเตรียมตัวอย่าง: ตัวอย่างจะต้องเตรียมอย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการกระจายของวัสดุที่สม่ำเสมอระหว่างรูปทรงเรขาคณิต ฟองอากาศหรือ inhomogeneities ในตัวอย่างสามารถนำไปสู่การวัดที่ไม่ถูกต้อง ตัวอย่างเช่นในกรณีของโพลีเมอร์ตัวอย่างอาจจำเป็นต้องละลายและ degassed ก่อนการทดสอบ
อุณหภูมิ: อุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติ viscoelastic ของวัสดุ เครื่องวัดค่าห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่ติดตั้งอุณหภูมิ - ระบบควบคุมเพื่อรักษาอุณหภูมิคงที่ในระหว่างการวัด การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนย้ายระดับโมเลกุลของวัสดุซึ่งจะส่งผลกระทบต่อความหนืดที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความหนืดที่ซับซ้อนของพอลิเมอร์มักจะลดลง
ความถี่: ความถี่เชิงมุมΩของแรงเฉือนแบบแกว่งยังส่งผลต่อความหนืดที่ซับซ้อน ที่ความถี่ต่ำวัสดุอาจทำตัวเหมือนของเหลวที่มีความหนืดและความหนืดของการสูญเสียอาจมีอิทธิพลเหนือ ที่ความถี่สูงการตอบสนองแบบยืดหยุ่นจะโดดเด่นมากขึ้นและความหนืดของการจัดเก็บอาจเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องวัดความหนืดที่ซับซ้อนในช่วงความถี่เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรม viscoelastic ของวัสดุอย่างเต็มที่
การประยุกต์ใช้การวัดความหนืดที่ซับซ้อน
การวัดความหนืดที่ซับซ้อนโดยใช้เครื่องวัดความร้อนในห้องปฏิบัติการมีแอพพลิเคชั่นมากมายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ
อุตสาหกรรมพอลิเมอร์: ในอุตสาหกรรมพอลิเมอร์การวัดความหนืดที่ซับซ้อนใช้เพื่ออธิบายลักษณะโครงสร้างโมเลกุลและพฤติกรรมการประมวลผลของพอลิเมอร์ ตัวอย่างเช่นความหนืดที่ซับซ้อนสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับระดับของการแตกแขนงการกระจายน้ำหนักโมเลกุลและการเชื่อมโยงของโพลีเมอร์ ข้อมูลนี้มีความสำคัญสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพเงื่อนไขการประมวลผลเช่นการอัดขึ้นรูปและการฉีดขึ้นรูป
อุตสาหกรรมอาหาร: ในอุตสาหกรรมอาหารการวัดความหนืดที่ซับซ้อนสามารถใช้ในการศึกษาคุณสมบัติการไหลของผลิตภัณฑ์อาหารเช่นซอสครีมและแป้ง การทำความเข้าใจความหนืดที่ซับซ้อนช่วยในการควบคุมพื้นผิวเสถียรภาพและคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสของผลิตภัณฑ์อาหาร
อุตสาหกรรมเครื่องสำอาง: ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางเช่นโลชั่นและครีมยังมีข้อกำหนดเฉพาะทาง การวัดความหนืดที่ซับซ้อนช่วยให้ผู้ผลิตมั่นใจได้ว่าการแพร่กระจายความเสถียรและความรู้สึกทางประสาทสัมผัสที่เหมาะสมของผลิตภัณฑ์ของพวกเขา
เครื่องมือเสริมในห้องปฏิบัติการ
เป็นซัพพลายเออร์ของห้องปฏิบัติการ rheometerนอกจากนี้เรายังเสนอเครื่องมืออื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งสามารถเสริมการวัดความหนืดที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่นไฟล์เครื่องทดสอบแรงดึงในห้องปฏิบัติการสามารถใช้ในการวัดความต้านทานแรงดึงและคุณสมบัติการยืดตัวของวัสดุ ข้อมูลนี้สามารถใช้ร่วมกับข้อมูลความหนืดที่ซับซ้อนเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมเชิงกลของวัสดุอย่างเต็มที่
เครื่องมือที่มีประโยชน์อีกอย่างคือเครื่องนวดยางห้องปฏิบัติการ- เครื่องนี้ใช้สำหรับการผสมและนวดยางสารประกอบ การผสมที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการได้รับการวัดการไหลที่แม่นยำเนื่องจากช่วยให้มั่นใจได้ว่าเป็นตัวอย่างที่เป็นเนื้อเดียวกัน
บทสรุป
การวัดความหนืดที่ซับซ้อนโดยใช้เครื่องวัดความร้อนในห้องปฏิบัติการเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังสำหรับการทำความเข้าใจพฤติกรรม viscoelastic ของวัสดุ ด้วยการใช้แรงเฉือนแบบแกว่งและการวัดการตอบสนองต่อความเครียดที่เกิดขึ้น rheometer สามารถกำหนดความหนืดที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำความหนืดของการจัดเก็บและความหนืดของการสูญเสียของตัวอย่าง อย่างไรก็ตามเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่นการเตรียมตัวอย่างอุณหภูมิและความถี่เพื่อให้แน่ใจว่าการวัดที่แม่นยำ
หากคุณมีความสนใจในการซื้อห้องปฏิบัติการ rheometer หรืออุปกรณ์ห้องปฏิบัติการอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องสำหรับการวิจัยหรือแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมของคุณเราขอเชิญคุณติดต่อเราสำหรับข้อมูลเพิ่มเติมและเพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดเฉพาะของคุณ ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะช่วยเหลือคุณในการค้นหาโซลูชั่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของคุณ
การอ้างอิง
- Ferry, JD (1980) คุณสมบัติ Viscoelastic ของโพลีเมอร์ John Wiley & Sons
- Macosko, CW (1994) Rheology: หลักการการวัดและการใช้งาน สำนักพิมพ์ VCH
- Mezger, TG (2014) คู่มือ Rheology: สำหรับผู้ใช้ Rheometers แบบหมุนและการแกว่ง เครือข่าย Vincentz
