Warum rheologische Messungen durchführen?

Wer anfängt, rheologisch zu denken, muss sich zunächst folgende Frage stellen: Warum werden Viskositätsmessungen durchgeführt?

Die Antwort auf diese Frage liegt in der Erfahrung von Tausenden von Menschen, die solche Messungen durchgeführt haben, und zeigt, wie nützlich es sein kann, das Verhalten von Materialien oder die Auswirkungen von Änderungen in Herstellungsprozessen und Änderungen in der Formulierung vorher zu kennen , Alterungsphänomene usw. Der Bereich, der am häufigsten Messungen der rheologischen Eigenschaften rechtfertigt, ist der Bereich der Qualitätskontrolle, in dem die Rohstoffe Los für Los identisch sein müssen. In der Regel ist das Fließverhalten ein indirektes Maß für die Qualität und Konformität eines Produkts. Ein weiterer Grund, der die Fließverhaltensstudien rechtfertigt, besteht darin, dass sie es ermöglichen, die Machbarkeit der Produktionsprozesse zu rechtfertigen. Beispielsweise erfordert eine hochviskose Flüssigkeit mehr Energie zum Pumpen als ein weniger viskoses Produkt. Die Kenntnis der rheologischen Eigenschaften ist daher nützlich für die Definition von Pump- und Rohrleitungssystemen. Es hat sich gezeigt, dass die Rheologie die empfindlichste Methode zur Charakterisierung von Materialien ist, da das Fließverhalten sehr direkt mit physikalischen Eigenschaften wie Molekulargewicht und Molekulargewichtsverteilung zusammenhängt. Diese Beziehungen sind beispielsweise für molekulare Synthesen nützlich, da sie sichtbare relative Unterschiede ermöglichen, ohne dass Molekularmassenmessungen durchgeführt werden müssen. Rheologische Messungen sind auch nützlich, um den Verlauf einer chemischen Reaktion zu überwachen. Solche Messungen können als Qualitätsprüfung während der Produktion oder zur Verfolgung, Markierung und Kontrolle des Prozessfortschritts durchgeführt werden. Rheologische Messungen ermöglichen es, chemische, mechanische und thermische Behandlungen, den Einfluss von Additiven zu untersuchen oder die Entwicklung einer Kochreaktion zu verfolgen. Sie sind auch das Mittel zur Vorhersage oder Kontrolle einer Menge von Materialeigenschaften, ihres Verhaltens und ihrer Leistung in der Endanwendungssituation.

Denken Sie rheo-logisch

Betrachten Sie zunächst die Frage: Ist es möglich, rheologische Daten mit einem Parameter des Produktionsprozesses oder einem Aspekt des Produktverhaltens zu korrelieren?

Um dies festzustellen, müssen Sie einen bestimmten „Instinkt“ entwickeln, um die physikalischen und chemischen Phänomene zu verstehen, die die rheologische Reaktion beeinflussen. Bedenken Sie vorerst, dass diese Informationen bekannt sind und dass mehrere Möglichkeiten identifiziert wurden. Der nächste Schritt besteht darin, vorläufige rheologische Daten zu sammeln, um festzustellen, welche Art von Fließverhalten für das untersuchte Phänomen charakteristisch ist. Auf der einfachsten Ebene bedeutet dies, Messungen mit jedem Brookfield-Viskosimeter zur Verfügung zu stellen und einige Schlussfolgerungen zu ziehen, die auf der Beschreibung der verschiedenen Arten von rheologischem Verhalten basieren, die in Kapitel 4 beschrieben werden Wenn der Fluss identifiziert wurde, ist es möglich, die Wechselwirkung der Komponenten des Systems besser zu verstehen (weitere Informationen darüber, was die rheologischen Eigenschaften beeinflusst, finden Sie in Abschnitt 4.7). Die so erhaltenen Daten können dann mit einem der mathematischen Modelle verglichen werden, die erfolgreich mit den Brookfield-Geräten verwendet wurden. Die meisten dieser Modelle werden in Kapitel 5 vorgestellt. Diese mathematischen Modelle werden von den einfachsten bis zu den komplexesten klassifiziert. Einige beinhalten einfach das Zeichnen von Kurven auf Millimeterpapier, andere beinhalten das Berechnen eines Verhältnisses zwischen zwei Zahlen. Einige sind sehr anspruchsvoll und erfordern die Verwendung eines programmierbaren Taschenrechners oder eines Computers. Diese Analysetypen sind der beste Weg, um die meisten Informationen aus Ihren Messungen zu erhalten. Oft ergeben sich aus diesen Analysen eine oder zwei "Konstanten", die die Messungen zusammenfassen und zur Quantifizierung der Produkt- oder Prozessleistung verwendet werden können. . Sobald eine Korrelation zwischen den rheologischen Daten und dem Verhalten des Produkts gefunden wird, kann das Verfahren umgekehrt werden und die rheologischen Daten können verwendet werden, um die Leistung und das Verhalten des Produkts vorherzusagen.

Drei Denkrichtungen zu Viskositätsmessungen

Nach unserer Erfahrung gibt es drei Denkrichtungen hinsichtlich der Verwendung von Viskosimetern in rheologischen Anwendungen. Wir präsentieren sie hier und laden Sie ein, diejenige zu wählen, die zu Ihnen passt. Beachten Sie dabei, dass keine der drei die besten ist und dass jede ihre eigenen Vorteile hat.

Die pragmatische Schule

Die erste Denkschule ist die praktischste. Personen, die diese Schule besuchen, sind nur daran interessiert, dass das Brookfield-Viskosimeter Zahlen generiert, die nützliche Informationen über das Produkt oder den Prozess liefern. Diese Menschen haben wenig Rücksicht auf rheologische Theorien und Messparameter, die in absoluten Zahlen ausgedrückt werden. Typische Anwendungen in dieser Kategorie sind Qualitätskontroll- oder Produktionskontrollanwendungen.

Die theoretische Schule

Die zweite Denkrichtung beinhaltet einen theoretischeren Ansatz. Diejenigen, die sich an diese Schule halten, wissen, dass einige Modelle von Brookfield-Viskosimetern keine direkten Viskositätsmessungen bei Schergeschwindigkeiten erzeugen, die für nicht-Newtonsche Produkte festgelegt wurden. Sie sind jedoch der Ansicht, dass es möglich ist, Korrelationen zwischen den scheinbaren Viskositäten (Abbildung auf dem Zifferblatt des Viskosimeters) und wichtigen Parametern für ihre Herstellung oder ihren Prozess zu finden. Die meisten Benutzer folgen dieser Denkrichtung. In den Rheologiedokumentationen der Anwendung wimmelt es nur so von Anmerkungen wie "Ich weiß, dass die Daten nicht absolut und formal definiert sind, aber unter Berücksichtigung dieser Daten verarbeite ich die Rheologieinformationen, während sie gemessen werden". In den meisten Fällen führt dies zu äußerst zufriedenstellenden Ergebnissen und macht den Kauf hochentwickelter und übermäßig teurer Rheologieanlagen überflüssig.

Akademische Schule

Die dritte Denkrichtung ist eher akademischer Natur. Befürworter dieser Schule fordern, dass alle Messparameter, insbesondere Schergeschwindigkeit und Spannung, bekannt und genau definiert sind. Sie benötigen Geräte mit genau definierten Geometrien wie Kegel- / Ebenengeometrie oder Koaxialgeometrie. Die Geräte im Brookfield-Sortiment, die diese Kriterien erfüllen, sind die Wells-Brookfield-Kegel- / Flugzeugviskosimeter, CAP-Viskosimeter, ULA-, SSA-, DIN-, SAA-Spiraladapter, Thermoselsystem, R / S-, R / S-CPS-Rheometer und PVS. Mit dieser Ausrüstung wird die Schergeschwindigkeit definiert und somit werden genaue Messungen der absoluten Viskosität direkt erhalten. Hier ist unsere Sicht auf die drei Denkrichtungen in Bezug auf Viskositätsmessungen. Sie müssen in Begriffen denken, die der einen oder anderen dieser Schulen entsprechen, je nach Ihrem Wissen, Ihren Ansätzen, Zielen und dem Material, das Sie besitzen. Benutzer von Brookfield-Viskosimetern fallen alle in eine dieser drei Kategorien.