Ein Labor -Rheometer ist ein entscheidendes Instrument im Bereich der Materialwissenschaft, insbesondere für die Untersuchung der Fluss- und Deformationseigenschaften von Materialien. Die komplexe Viskosität ist einer der Schlüsselparameter, die durch ein Labor -Rheometer gemessen werden können und wertvolle Einblicke in das viskoelastische Verhalten des Materials liefern. Als führender Anbieter vonLabor -RheometerWir sind gut miteinander verbunden, wie diese Instrumente die komplexe Viskosität messen.
Komplexe Viskosität verstehen
Bevor ein Labor -Rheometer eine komplexe Viskosität misst, ist es wichtig zu verstehen, welche komplexe Viskosität darstellt. In einem viskoelastischen Material, das sowohl viskose als auch elastische Eigenschaften aufweist, ist die komplexe Viskosität (η*) ein Maß für den Gesamtwiderstand gegen den Durchfluss, wenn das Material einer Oszillationsscherung ausgesetzt ist. Es ist eine komplexe Menge, die aus einem realen Teil (der Speicherviskosität, η ') und einem imaginären Teil (der Verlustviskosität η' ') besteht. Die Speicherviskosität hängt mit der elastischen Reaktion des Materials zusammen, während die Verlustviskosität mit der viskosen Verlust der Energie verbunden ist.
Arbeitsprinzip eines Labor -Rheometers
Ein Labor -Rheometer arbeitet typischerweise entweder auf Rotations- oder Oszillator -Schermodi. Im Zusammenhang mit der Messung der komplexen Viskosität ist der oszillatorische Schermodus am relevantesten. In diesem Modus wendet das Rheometer eine sinusförmige Scherdehnung (γ) oder eine Scherspannung (τ) auf die Probe an.
Nehmen wir an, dass eine sinusförmige Scherdehnung auf die Probe angelegt wird:
C (t) = γ₀sin (ωt)
Wenn γ₀ die Amplitude der Scherdehnung ist, ist ω die Winkelfrequenz und T die Zeit.
Die resultierende Scherbeanspruchungsreaktion eines viskoelastischen Materials ist ebenfalls sinusförmig, kann jedoch mit der angelegten Dehnung nicht in Phase liegen:
T (t) = t₀sin (ωt + d)
wobei τ₀ die Amplitude der Scherspannung und δ der Phasenwinkel zwischen Spannung und Dehnung ist.
Messung der komplexen Viskosität
Die komplexe Viskosität η* ist definiert als das Verhältnis der Amplitude der Scherspannung zur Amplitude der Scherdehnung:
H* = t₀/c₀
Es kann auch in Bezug auf die Speicherviskosität η 'und die Verlustviskosität η' 'ausgedrückt werden:
H* = H ' + IH' '
Wobei h '= (t₀/c) cosd und h' '= (t₀/c) Sind
Um diese Parameter zu messen, misst das Rheometer zunächst die Amplitude der angelegten Scherdehnung γ₀ und die resultierende Scherspannung τ₀. Der Phasenwinkel δ zwischen Spannung und Dehnung wird ebenfalls gemessen.
In einem gut ausgestatteten Labor -Rheometer wird ein Präzisionsmotor verwendet, um die sinusförmige Scherdehnung aufzutragen. Die Probe wird zwischen zwei Platten oder einem Kegel - und - Plattengeometrie platziert. Eine der Platten ist festgelegt, während der andere vom Motor angetrieben wird, um die oszillatorische Bewegung zu erzeugen.
Das Rheometer ist mit Sensoren ausgestattet, um die Scherbeanspruchung und die genaue Absorgung genau zu messen. Beispielsweise misst ein Drehmomentsensor die Scherbeanspruchung, während ein Encoder die Winkelverschiebung misst, die zur Berechnung der Scherdehnung verwendet wird.
Sobald die Werte von γ₀, τ₀ und δ gemessen werden, kann die Speicherviskosität η 'und die Verlustviskosität η' 'wie oben beschrieben berechnet werden. Die komplexe Viskosität η* kann dann entweder in der Größe - Phasenform (| η* | = √ (η'² + η''²) und Phasenwinkel δ) oder in komplexer Form (η ' + iη' ') bestimmt werden.
Faktoren, die die Messung beeinflussen
Mehrere Faktoren können die Genauigkeit der komplexen Viskositätsmessung mit einem Labor -Rheometer beeinflussen.
Probenvorbereitung: Die Probe muss ordnungsgemäß vorbereitet sein, um eine gleichmäßige Verteilung des Materials zwischen den Messgeometrien zu gewährleisten. Alle Luftblasen oder Inhomogenitäten in der Probe können zu ungenauen Messungen führen. Beispielsweise muss bei Polymeren möglicherweise die Probe vor dem Testen geschmolzen und entgast werden.
Temperatur: Die Temperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die viskoelastischen Eigenschaften von Materialien. Die meisten Labor -Rheometer sind mit Temperatursteuerungssystemen ausgestattet, um eine konstante Temperatur während der Messung aufrechtzuerhalten. Eine Temperaturänderung kann zu einer Änderung der molekularen Mobilität des Materials führen, was wiederum die komplexe Viskosität beeinflusst. Zum Beispiel nimmt die komplexe Viskosität eines Polymers mit zunehmender Temperatur typischerweise ab.
Frequenz: Die Winkelfrequenz ω der oszillatorischen Scherung beeinflusst auch die komplexe Viskosität. Bei niedrigen Frequenzen kann sich das Material eher wie eine viskose Flüssigkeit verhalten, und die Verlustviskosität kann dominieren. Bei hohen Frequenzen wird die elastische Reaktion stärker und die Speicherviskosität kann zunehmen. Daher ist es wichtig, die komplexe Viskosität über einen Frequenzbereich zu messen, um das viskoelastische Verhalten des Materials vollständig zu verstehen.
Anwendungen komplexer Viskositätsmessung
Die Messung der komplexen Viskosität unter Verwendung eines Labor -Rheometers hat in verschiedenen Branchen zahlreiche Anwendungen.
Polymerindustrie: In der Polymerindustrie werden komplexe Viskositätsmessungen verwendet, um die molekulare Struktur und das Verarbeitungsverhalten von Polymeren zu charakterisieren. Beispielsweise kann die komplexe Viskosität Informationen über den Grad der Verzweigung, die Verteilung des Molekulargewichts und die Kreuzung von Polymeren liefern. Diese Informationen sind entscheidend für die Optimierung der Verarbeitungsbedingungen wie Extrusion und Injektionsform.
Lebensmittelindustrie: In der Lebensmittelindustrie können komplexe Viskositätsmessungen verwendet werden, um die rheologischen Eigenschaften von Lebensmitteln wie Saucen, Cremes und Teig zu untersuchen. Das Verständnis der komplexen Viskosität hilft bei der Kontrolle der Textur, Stabilität und sensorischen Eigenschaften von Lebensmitteln.
Kosmetikindustrie: Kosmetische Produkte wie Lotionen und Cremes haben ebenfalls spezifische rheologische Anforderungen. Durch die Messung der komplexen Viskosität können die Hersteller die richtige Ausbreitung, Stabilität und sensorisches Gefühl ihrer Produkte gewährleisten.
Komplementäre Instrumente im Labor
Als Anbieter vonLabor -RheometerWir bieten auch andere verwandte Instrumente an, die die Messung der komplexen Viskosität ergänzen können. Zum Beispiel aLaborzugmaschineKann verwendet werden, um die Zugfestigkeit und Dehnung von Materialien zu messen. Diese Informationen können in Verbindung mit komplexen Viskositätsdaten verwendet werden, um das mechanische Verhalten von Materialien vollständig zu verstehen.
Ein weiteres nützliches Instrument ist dasLabor -Gummi -Kneadermaschine. Diese Maschine wird zum Mischen und Kneten von Gummiverbindungen verwendet. Eine ordnungsgemäße Mischung ist wichtig, um genaue rheologische Messungen zu erhalten, da sie eine homogene Probe gewährleistet.
Abschluss
Das Messen der komplexen Viskosität unter Verwendung eines Labor -Rheometers ist ein leistungsstarkes Werkzeug zum Verständnis des viskoelastischen Verhaltens von Materialien. Durch die Anwendung einer oszillatorischen Scherung und Messung der resultierenden Spannungsreaktion kann das Rheometer die komplexe Viskosität, die Lagerviskosität und die Verlustviskosität einer Probe genau bestimmen. Es ist jedoch wichtig, Faktoren wie Probenvorbereitung, Temperatur und Frequenz zu berücksichtigen, um genaue Messungen sicherzustellen.
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Referenzen
- Ferry, JD (1980). Viskoelastische Eigenschaften von Polymeren. John Wiley & Sons.
- Macosko, CW (1994). Rheologie: Prinzipien, Messungen und Anwendungen. VCH Publishers.
- Mezger, TG (2014). Das Rheologiehandbuch: Für Benutzer von Rotations- und Oszillations -Rheometern. Vincentz -Netzwerk.
