Ako laboratórny reometer meria dynamickú viskozitu?

Pochopenie toho, ako laboratórny reometer meria dynamickú viskozitu, je kľúčové pre priemyselné odvetvia, ktoré sa spoliehajú na presnú charakterizáciu tekutých a polotekutých materiálov. Ako popredný dodávateľ laboratórnych reometrov sme tu, aby sme objasnili tento zložitý proces.

1. Úvod do dynamickej viskozity

Dynamická viskozita, tiež známa jednoducho ako viskozita, je mierou odporu tekutiny voči prúdeniu. Popisuje vnútorné trenie v kvapaline pri jej deformácii. V priemyselných aplikáciách, ako je spracovanie polymérov, výroba potravín a rafinácia ropy, je poznanie dynamickej viskozity nevyhnutné pre kontrolu kvality, optimalizáciu procesov a vývoj produktov. Napríklad v priemysle polymérov ovplyvňuje viskozita taveniny polyméru jej tvarovateľnosť a mechanické vlastnosti.

2. Pracovné princípy laboratórneho reometra

Laboratórny reometer je sofistikovaný prístroj určený na meranie reologických vlastností materiálov vrátane dynamickej viskozity. Existuje niekoľko typov reometrov, ale najbežnejšie používané na meranie dynamickej viskozity sú rotačné reometre.

Rotačné reometre

Rotačné reometre pracujú na princípe aplikácie riadeného krútiaceho momentu alebo uhlovej rýchlosti na vzorku a merania výsledného uhlového posunu alebo krútiaceho momentu. Vzorka sa umiestni do meracej geometrie, ktorou môže byť rovnobežná doska, kužeľová doska alebo koncentrický valec.

Geometria paralelných dosiek: V tomto nastavení je vzorka vložená medzi dve paralelné platne. Jedna doska je pevná, zatiaľ čo druhá sa otáča. Meria sa krútiaci moment potrebný na otáčanie dosky pri danej rýchlosti a z toho sa dá vypočítať dynamická viskozita. Geometria paralelných dosiek je vhodná na meranie viskozity newtonských aj nenewtonských kvapalín, najmä tých s vysokou viskozitou alebo tých, ktoré obsahujú pevné častice.
Geometria kužeľa a dosky: Kužeľový a doskový reometer pozostáva z plochej platne a kužeľa s veľmi malým uhlom (zvyčajne menším ako 4 stupne). Vzorka sa umiestni medzi kužeľ a platňu. Keď sa kužeľ otáča, šmyková rýchlosť je rovnomerná naprieč vzorkou, čo zjednodušuje výpočet dynamickej viskozity. Táto geometria je ideálna na meranie viskozity kvapalín s nízkou až strednou viskozitou a na štúdium prietokového správania nenewtonských kvapalín.
Geometria koncentrického valca: Tiež známy ako Couette geometria, reometer so sústredným valcom má vnútorný valec (bob) a vonkajší valec (pohár). Vzorka sa umiestni do medzery medzi dvoma valcami. Objímka alebo miska sa môžu otáčať a meria sa krútiaci moment. Táto geometria je vhodná na meranie viskozity tekutín v širokom rozsahu viskozít a často sa používa v aplikáciách, kde je potrebné vzorku strihať za kontrolovaných podmienok.

3. Meranie dynamickej viskozity

Meranie dynamickej viskozity pomocou laboratórneho reometra zahŕňa nasledujúce kroky:

Príprava vzorky

Správna príprava vzorky je rozhodujúca pre presné meranie viskozity. Vzorka by mala byť homogénna, bez vzduchových bublín a mala by mať správnu teplotu. Množstvo potrebnej vzorky závisí od typu použitej meracej geometrie. Napríklad kužeľový a doskový reometer zvyčajne vyžaduje veľmi malé množstvo vzorky (niekoľko mililitrov), zatiaľ čo reometer so sústredným valcom môže vyžadovať väčší objem.

Kalibrácia prístroja

Pred meraním vzorky je potrebné kalibrovať laboratórny reometer. Kalibrácia zabezpečuje, že prístroj poskytuje presné a spoľahlivé výsledky. To zahŕňa nastavenie meracieho systému na známy štandard, ako je referenčná kvapalina s dobre definovanou viskozitou. Proces kalibrácie môže zahŕňať kontrolu prevodníka krútiaceho momentu, snímača uhlového posunu a systému regulácie teploty.

Proces merania

Keď je vzorka pripravená a prístroj je nakalibrovaný, vzorka sa vloží do meracej geometrie. Reometer potom aplikuje na vzorku riadenú šmykovú rýchlosť alebo šmykové napätie. Na meranie dynamickej viskozity sa často používa sínusový oscilačný šmyk. To zahŕňa aplikáciu oscilačného krútiaceho momentu s malou amplitúdou alebo uhlového posunu na vzorku a meranie výsledných fázových a mimofázových zložiek odozvy.

Fázová zložka (modul skladovania, $G'$) predstavuje elastické správanie vzorky, zatiaľ čo zložka mimo fázu (stratový modul, $G''$) predstavuje viskózne správanie. Dynamickú viskozitu ($\eta^*$) možno vypočítať zo stratového modulu a uhlovej frekvencie ($\omega$) pomocou nasledujúceho vzorca:

$\eta^*=\frac{G''}{\omega}$

Meranie sa zvyčajne vykonáva v rozsahu uhlových frekvencií, aby sa študovalo frekvenčne závislé správanie dynamickej viskozity.

4. Faktory ovplyvňujúce meranie dynamickej viskozity

Niekoľko faktorov môže ovplyvniť presnosť merania dynamickej viskozity pomocou laboratórneho reometra.

Teplota

Viskozita je vysoko závislá od teploty. So zvyšujúcou sa teplotou klesá viskozita väčšiny tekutín. Preto je počas procesu merania nevyhnutná presná kontrola teploty. Laboratórne reometre sú vybavené systémami regulácie teploty, ako sú Peltierove prvky alebo cirkulačné vodné kúpele, aby sa vzorka udržala na konštantnej teplote.

Šmyková rýchlosť

Väčšina kvapalín, najmä nenewtonovských kvapalín, vykazuje strihové - stenčovacie alebo strihové - zhusťovacie správanie. To znamená, že ich viskozita sa mení s rýchlosťou šmyku. Preto je dôležité zvoliť vhodný rozsah šmykovej rýchlosti pre meranie. V prípade newtonovských kvapalín je viskozita nezávislá od šmykovej rýchlosti, ale v prípade nenewtonovských kvapalín sa viskozita môže výrazne líšiť v závislosti od šmykovej rýchlosti.

Starnutie a degradácia vzorky

Niektoré vzorky môžu časom starnúť alebo degradovať, čo môže ovplyvniť ich viskozitu. Polyméry môžu napríklad oxidovať alebo zosieťovať, čo vedie k zmenám ich molekulárnej štruktúry a viskozity. Preto je dôležité zmerať vzorku čo najskôr po príprave a skladovať vzorku vo vhodných podmienkach.

5. Aplikácie v rôznych odvetviach

Schopnosť presne merať dynamickú viskozitu pomocou laboratórneho reometra má množstvo aplikácií v rôznych priemyselných odvetviach.

Priemysel polymérov

V polymérnom priemysle sa dynamické meranie viskozity používa na charakterizáciu polymérnych tavenín a roztokov. Pomáha pri určovaní molekulovej hmotnosti, distribúcie molekulovej hmotnosti a štruktúry vetvenia polymérov. Tieto informácie sú kľúčové pre syntézu polymérov, ich spracovanie a kontrolu kvality. Napríklad pri vstrekovaní ovplyvňuje viskozita taveniny polyméru plnenie formy a konečné vlastnosti výlisku.

Potravinársky priemysel

V potravinárskom priemysle sa dynamické meranie viskozity používa na posúdenie textúry a stability potravinárskych výrobkov. Pomáha pochopiť tokové správanie potravinárskych materiálov, ako sú omáčky, krémy a nápoje. Napríklad viskozita šalátového dresingu ovplyvňuje jeho zlievaciu schopnosť a pocit v ústach. Meraním dynamickej viskozity môžu výrobcovia potravín optimalizovať zloženie a podmienky spracovania svojich produktov.

Ropný a plynárenský priemysel

V ropnom a plynárenskom priemysle sa dynamické meranie viskozity používa na charakterizáciu surových olejov, mazív a vrtných kvapalín. Pomáha pri určovaní prietokových vlastností týchto tekutín, čo je dôležité pre stavbu nádrží, prepravu potrubí a mazanie. Napríklad viskozita maziva ovplyvňuje jeho schopnosť znižovať trenie a opotrebovanie v motoroch a strojoch.

Lab Rubber Vulcanizing Press Lab Wear Testing Machine

6. Naše ponuky laboratórnych reometrov

Ako dôveryhodný dodávateľ laboratórnych reometrov ponúkame širokú škálu vysokokvalitných nástrojov, ktoré sú navrhnuté tak, aby vyhovovali rôznym potrebám rôznych priemyselných odvetví. Naše reometre sú vybavené pokročilými funkciami, ako je presná regulácia teploty, vysoko citlivé meranie krútiaceho momentu a užívateľsky prívetivý softvér. Poskytujeme tiež komplexnú technickú podporu a školenia, aby sme zaistili, že naši zákazníci môžu efektívne využívať naše nástroje.

Okrem Lab reometrov ponúkame aj ďalšie súvisiace laboratórne vybavenie, ako naprStroj na testovanie opotrebovania v laboratóriu,Laboratórny mlyn na miešanie gumy, aLaboratórny lis na vulkanizáciu gumy. Tieto produkty sú navrhnuté tak, aby poskytovali kompletné riešenie pre testovanie gumy a polymérov.

7. Záver a výzva na akciu

Pochopenie toho, ako laboratórny reometer meria dynamickú viskozitu, je nevyhnutné pre priemyselné odvetvia, ktoré sa spoliehajú na presnú charakterizáciu tekutých a polotekutých materiálov. Naše laboratórne reometre sú navrhnuté tak, aby poskytovali presné a spoľahlivé meranie viskozity a pomáhali našim zákazníkom optimalizovať ich procesy a zabezpečovať kvalitu ich produktov.

Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich laboratórnych reometroch alebo inom laboratórnom vybavení, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali na podrobnú diskusiu. Náš tím odborníkov je pripravený pomôcť vám pri výbere správneho prístroja pre vaše špecifické potreby a poskytnúť vám najlepšiu technickú podporu a servis.