5 tapaa mitata viskositeettia

nov 29 2018

Nesteen tai amorfisen kiinteän aineen viskoosiominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti liuoksessa olevien hiukkasten välisten voimien, mukaan lukien kitka ja molekyylien välinen vetovoima makrorakenteessa. Nämä Van der Waalsin voimat ovat kriittisiä puolia näytteen muodonmuutos- eli virtauskestävyydelle, joka määrittelee materiaalin viskositeetin.

Shear-viskositeetti ilmaistaan kahdessa eri muodossa:

• Dynaaminen viskositeetti; joka on pinta-alayksikkökohtaisen leikkausjännityksen mitta, joka tarvitaan, ennen kuin näyte alkaa deformoitua. Tämä ominaisuus ilmaistaan tyypillisesti millipascal-sekunteina (mPa-s).
• Kinemaattinen viskositeetti; joka viittaa nesteen vastakkaiseen virtaukseen painovoiman vaikutuksesta. Tämä ominaisuus on tiheydestä riippuvainen ja se mitataan neliömetreinä sekunnissa (m2/s).

Tässä blogikirjoituksessa tarkastellaan viittä perustavaa laatua olevaa mittaustekniikkaa, joiden avulla saadaan nestemäisten näytteiden dynaaminen viskositeetti ja kinemaattinen viskositeetti.

Kapillaariviskosimetrit

Viskositeetin mittaaminen kapillaariputken avulla on yksi vanhimmista menetelmistä näytteen kinemaattisen viskositeetin määrittämiseksi, ja se edellyttää ennakkotietoa kiinnostuksen kohteena olevan näytteen tiheydestä ja tilavuudesta. Tämä neste johdetaan pystysuoran U-putken läpi, jolla on tunnetut mitat ja hyvin pieni halkaisija. Aika, jonka näyte kulkee kapillaarin läpi, korreloi sen kinemaattisen viskositeetin kanssa.

Rotaatioreometria

Rotaatioviskosimetri käyttää nestemäiseen näytteeseen suhteellisen heikkoa vääntömomenttia mekaanisen muodonmuutoksen aikaansaamiseksi. Mitataan vääntömomentin määrä, joka tarvitaan aiheuttamaan pyöriminen näytteen vaakatasossa, ja se on suhteessa näytteen viskositeettiin. Pyörimisreometrin avulla analyytikot voivat piirtää täydellisen virtauskäyrän materiaalin virtausominaisuuksista vasteena vaihteleville leikkausvoimatasoille ja määrittää kehittyneempiä materiaaliparametreja. Vaihtoehtoiset viskosimet mahdollistavat vain yhden pisteen mittauksen ja antavat vain leikkausviskositeettimittauksia.

Värähtelevät viskosimetrit

Viskositeettia voidaan mitata myös kohdistamalla näytteeseen värähtelevää värähtelyä ja seuraamalla nesteen vaimennusvaikutuksia. Näitä voidaan arvioida tarkkailemalla syötettyä tehoa, värähtelyjen hajoamisaikaa tai resonanssitaajuuden muutoksia.

Mikrofluidiset viskosimetrit

Mikrofluidinen viskosimetria on innovatiivinen menetelmä, jolla määritetään nesteiden dynaaminen viskositeetti pienissä näytetilavuuksissa pakottamalla nestemäinen näyte mikrofluidisen kanavan läpi laminaarivirtauksessa. Formulactionissa Fluidicam Rheo käyttää tätä periaatetta nesteen virtaamiseen vierekkäin vertailumateriaalin kanssa. Dynaaminen viskositeetti mitataan vertaamalla eri virtausnopeuksia, vertailumateriaalin viskositeettia ja kahden nesteen välisen rajapinnan sijaintia mikrofluidisessa kanavassa.

Koskettamaton reologia

Passiivinen mikroreologia on monimutkaisempi näytteen reologisten ominaisuuksien mittaus. Se mittaa samankaltaisia ominaisuuksia kuin rotaatioreometria, mutta se soveltuu monimutkaisempiin ja hauraampiin rakenteisiin, kuten geeleihin, heikkoihin tahnoihin ja viskoelastisiin materiaaleihin, jotka voivat rikkoutua erittäin pienessä leikkauksessa. Toisin kuin perinteiset rotaatioreometrit, kosketukseton reologia mahdollistaa näytteen reologisten ominaisuuksien kvantitatiivisen arvioinnin levossa ilman mekaanista rasitusta. Tämä saavutetaan Rheolaser MASTERilla, joka perustuu MS-DWS-spektroskopiaan (multi-speckle diffusing wave spectroscopy). Tällä optisella menetelmällä mitataan väliaineessa olevien hiukkasten keskimääräinen neliösiirtymä (nm2). Keskineliösiirtymän avulla voidaan arvioida näytteen kimmoisuutta ja viskositeettia ajan mittaan.

Viskositeetin mittaukset Formulactionilla

Formulaction on esitellyt valikoiman innovatiivisia viskositeetin mittaustekniikoita teollisille ja kaupallisille aloille, jotka käsittelevät monimutkaisia koostumuksia ja dispersioita. Toimitamme valikoiman uudentyyppisiä mittalaitteita, joilla voidaan analysoida nestemäisten, kiinteiden ja amorfisten tuotteiden reologisia bulkkiominaisuuksia ja dynaamista viskositeettia vasteena leikkausvoimille tai ajan myötä tapahtuvalle destabiloitumiselle.

Jos haluat lisätietoja viskositeetin mittaamisesta Formulactionilla, ota rohkeasti yhteyttä meihin.