一般样品中流变检测方案(流变仪)

智能文字提取功能测试中

www.anton-paar.com ：：： Intelligence in Rheometry 厂 Oil Joe Flow 的流变学测试技巧和建议 ----之九：触变性-恢复时间! 在恒定的剪切应力下，大多数样品表现为结构强度下降，如果想要结构恢复，就需要一定的时间。 Thixotropy(触变性)这个词是由希腊语的thixs(触动)和trepein(改变)两个词组合而来的，它表示由于机械力造成的变化或者转变。 在流变学上，触变行为定义为时间依赖性，表示在恒定剪切力的作用下，结构强度减弱，在随后的静置过程中，结构或快或慢的恢复，最终会完全恢复。这个结构破坏及恢复的过程是个完全可逆的循环。结构不能完全恢复的物质，特别是在无限长静置后结构也无法恢复的物质，是非触变性的，其中一个例子是法式酸奶，搅拌后，酸奶相比搅拌前始终保持很稀的状态，说明其结构发生了永久的改变。 相反的行为也可以观测到：样品的结构强度随着恒定剪切力而增强，而在随后的静置过程中，强度下降，这个过程称为反触变性，也是一个可逆的过程。 触变性时常被错误地用来描述流动过程，例如只观测结构破坏过程或时间依赖的流动行为，不观察结构恢复过程(例如在涂料和油墨的自由流动测试中，先在平板上使样品静置不同的时间，然后使平板一端升起，形成斜面，测量样品在斜面上流动过程的时间)。 剪切变稀特性是当剪切力加大时，样品粘度下降的行为 触变性在什么时候有用? 当需要研究样品的流动行为或者模拟一个工艺过程时，触变性值得关注，例如在涂刷或装填之后的行为。在生产和加工过程中，经常会有在不同剪切力下的突然变化(例如输送、喷涂等)。 涂料和油墨的一个重要参数就是结构随时间的恢复过程，相应的会影响表面流平和流挂性能。如果结构恢复太快会导致样品表面流不平；如果结构恢复太慢，会导致样品流挂或者表面厚度不够。 针对食品来说，沙拉的结构恢复快可以防止分层；针对酱类来说，触变性可以保证酱汁在薯条上不到处流动。 在灌装过程之后，快速的结构恢复可以保证样品在灌装管口处不滴落，减少破坏环境。 触变性也是用户评价产品好坏的一一决定性标准。 -滞后曲线 在触变行为的质量控制上，经常采用流动曲线回环的面积来表示触变性。然而采用这种设置，样品上一直有剪切应力载荷作用，而没有不被扰动的静置结构恢复过程。 图1是一个乳液样品的上下流动曲线回环，两个曲线之间的面积是1.7Pa/s， 不同批次的样品可以采用这个面积值来比较。 图1：第一段向上的曲线，第三段是向下的曲线用来确认回环的面积，以表征触变性。其中第二段是施加恒定的高剪切 -三段式触变性测试方法(3ITT) 更好的一个测量触变性的方法是采用3ITT触变性测试，这个测试可以用来模拟大多数应用过程的实际条件。 在1980和1990年代的老式流变仪上不能实现快速的速度切换，这也是为什么之前人们采用触变环来表征触变性的原因。 步进式的3ITT测试包括以下阶段： 1.静置阶段，加载一个恒定的、较小的剪切载荷； 2.剪切阶段，加载一个恒定的、较大的剪切载荷； 3.结构恢复过程，采用和第一个过程一样的恒定剪切载荷； 3ITT触变测试可以采用旋转测试，也可以采用振荡测试或者两种测试模式的组合，旋转测试中设置剪切速率，振荡测试设置形变和角频率。静置阶段和结构恢复阶段，如果采用振荡测试，要在线性粘弹区(LVE)内设置参数。振幅扫描可以用来确定线性粘弹区(参考-Joe Flow振荡测试)。图2-4显示了3ITT实验的设置方法。 图2旋转模式下的3ITT实验设置 图3振荡模式下的3ITT实验设置 图10 Pts.画 10s 图 40 Pts.面 0.5s 图 60 Pts.面2s Rotation y.n.o.r 500 1/s Rotation t，M Oscillation p.y 7 0.110 s 70.110 Oscillation t. M 静置阶段和结构恢复阶段的剪切参数设置必须一致，而且剪切必须较小，保证样品没有被破坏或者阻止结构恢复过程。 在静置阶段有时需要要测量尽可能长的时间，以得到稳定的结果。有些样品在装样过程中，结构已经被部分破坏，需要在用很长时间的进行恢复，因此第一段的测试数据会一直上升，这也是为什么在3ITT实验开始之前需要等待一段时间的原因。当然上升现象也可能是由锥板或者平板边缘的样品挥发造成的，这种情况等再长的时间也得不到稳定的结果，应该使用防溶剂挥发罩(参考参Joe Flow 样品准备和温度控制). 剪切阶段可以模拟应用过程，例如涂刷或者喷涂等。大多数情况下，要施加一个相当的高剪切速率载荷，当然要保证样品在不被甩出的情况下进行实验。 使用者最感兴趣的还是第三段--结构恢复阶段，这里可以观测到样品经过高剪切之后需要多长时间恢复到静置阶段的结构。 图5是一个乳液在旋转模式下的3ITT测试结果。采用粘度对时间作图，20s之后大部分结构已经恢复，但要完全恢复，还需要更长的时间。 图5旋转模式下的3ITT实验测试结果 如果您的设备具有振荡模式，推荐使用振荡方式来测试粘弹性样品，因为这样可以分别获得样品的粘性和弹性信息。 对比不同样品的触变性，3ITT实验可以有几种不同的分析方法，以下是3种结构恢复阶段的分析方法： 1))在结构恢复阶段指定时间点上，结构强度与静置阶段结构强度的恢复比例； 图6是两种涂料的测试曲线。蓝色曲线的样品大概需要58s完成90%的恢复，而红色曲线的样品则需要304s。涂料的结构恢复过程可以通过添加不同的流变助剂来控制，只要损耗模量G”大于储能模量G’，涂料仍然能流动。反之，涂料则成为胶体状物质，流平和流挂过程完成。 2))在结构恢复阶段，结构强度达到指定恢复比例所需的时间(见图6)； 3)振荡测试中，达到储能模量G’与损耗模量G”交点所需的时间，在结构恢复阶段刚开始时，损耗模量一般大于储能模量，随后会反过来。 3ITT实验需要流变仪使用无刷直流马达和快速控制单元，以便于执行每个阶段的快速切换，这对能否获得有意义的结果非常关键。 ( 安东帕仪器： ) 密度和浓度测试仪器微波消解和微波合成流变和粘度测试仪器光学仪器：旋光和折光胶体科学仪器油品分析仪器×射线结构分析仪器二氧化碳分析仪器 相反的行为也可以观测到：样品的结构强度随着恒定 剪切力而增强，而在随后的静置过程中，强度下降，这个 过程称为反触变性，也是一个可逆的过程。 触变性时常被错误地用来描述流动过程，例如只观测 结构破坏过程或时间依赖的流动行为，不观察结构恢复过 程（例如在涂料和油墨的自由流动测试中，先在平板上使 样品静置不同的时间，然后使平板一端升起，形成斜面， 测量样品在斜面上流动过程的时间）。 剪切变稀特性是当剪切力加大时，样品粘度下降的行为。