用流變儀替換粘度計的五個原因

你的粘度計接近它的壽命嗎？你覺得你的試驗和錯誤'流變學方法的配方變得過時了嗎？您是否存在長期存在的產品性能問題，而您認為流變學可能會得到答案？

如果對這些問題的答案都是肯定的，那么用戶可能需要評估現代流變儀對低成本粘度計的能力。

流變儀的設計和功能在過去十年中取得了顯著進步。現代儀器具有廣泛的測試功能，包含在軟件中，使新手用戶可以訪問它們。這些系統促進了流變學的工業應用，并提供了比粘度計，從研究開發，配方到生產所能獲得的更多成本效益。本文討論了流變儀進行的前五項測量，使其優于粘度計。

更廣泛的測量范圍 - 擴展您的粘度流量曲線

更寬的測量范圍使得通過將樣品暴露于與產品制造或使用期間所應用的條件類似的條件來獲得相關數據。對于許多工業產品，粘度是關鍵性能定義參數。

牛頓流體的粘度與施加的剪切速率無關，例如水。相反，非牛頓材料在較高剪切速率下表現出較低的粘度（剪切稀化），或者較少通常表現出隨施加剪切速率（剪切增稠）的粘度增加。在常規應用的條件下了解材料的屬性有助于理解其在使用或處理時的行為。與牛頓材料相比，獲得這些信息對于非牛頓材料來說是一項具有挑戰性的任務。

生成流動曲線是粘度作為剪切速率或剪切應力的函數的曲線圖，是分析粘度的最簡單方法之一。樣品可以經受不同的剪切應力，并且在每個施加的應力或樣品處測量的所得剪切速率可以受到受控的剪切速率，并且測量所得的剪切應力。使用旋轉流變儀可以產生更加全面的流動曲線，因為與旋轉粘度計相比，它能夠覆蓋寬范圍的剪切速率和應力。具體而言，可以在相對于重力下的儲存和運動的極低剪切速率下生成數據（圖1）。

圖1.通過跨越比粘度計更寬范圍的剪切速率，旋轉流變儀能夠提供與更多過程直接相關的數據。

眼科手術

Opthalmic viscosurgical devices（OVDs）是在眼科手術期間應用的凝膠或粘彈性溶液。它們通常是由一種或多種下列成分組成的水性聚合物溶液：硫酸軟骨素，透明質酸和/或甲基纖維素。涵蓋OVD的ISO 15798：2013標準建議采用流變測量，因為產品流變學對使用中的性能有影響。前房內的流體的行為以及當通過套管施用到眼睛中時，可以通過在0.001-100s -1的剪切速率下進行穩態測試來確定。典型的旋轉粘度計不能進入該范圍的下端。

三種OVD配方的流量曲線數據，每種配方具有不同的透明質酸濃度（15 mg / ml，18 mg / ml和25 mg / ml），如圖2所示.Malvern Panalytical'Kinexus旋轉流變儀用于測量穩定性使用錐板測量幾何在25°C下在不同剪切速率下的狀態粘度。樣品表現出的剪切稀化行為相似，但濃度更高的溶液表現出更高的粘度。有趣的是，所有樣品在非常低的剪切速率下都表現出牛頓行為。用粘度計不能檢測到這種特性。它揭示了OVD在眼睛靜止時沒有凝膠狀結構，但保持流動狀態。

圖2.平衡流量曲線數據顯示25 mg / ml（＃），18 mg / ml（+）和15 mg / ml（）HA溶液的剪切稀化行為，以及它們在極低剪切下的牛頓行為趨勢眼睛休息狀態下的典型比率。

相關屈服應力測量 - 為每種樣品類型生成準確的數據

許多產品的消費者吸引力取決于它們的屈服應力，屈服應力是分解產品中任何類似固體（網絡）結構并使其流動所需的輸入應力。使用適當的技術準確和相關地測量屈服應力有助于實現更快和更有效的配方。在粘度之后，屈服應力可能是最常規測量的流變性質，因為許多消費品具有從中獲得的價值。

許多化妝品和許多食品，例如酸奶，蛋黃醬，番茄醬，在鍋中或盤子上（靜止時）是豐富和濃稠的。然而，化妝品可以容易地施用在皮膚上，或者食物可以容易地分配，因為它們在施加剪切時具有更像液體的行為。屈服應力和屈服應變（發生屈服的應變）也可分別用作強度和脆性的量度。

屈服應力隨溫度和施加應力或變形的時間尺度而變化。有多種技術可用于測量屈服應力。通過應用廣泛的這些方法，旋轉流變儀可以提供比旋轉粘度計更多的相關屈服應力數據。應用應力斜坡是應力控制旋轉流變儀最簡單的方法之一。該方法包括使樣品經受逐漸增加的應力，測量所得的應變，并計算峰值粘度（圖3）。時間尺度對測量值的影響可以通過仔細控制應力斜率或通過以不同的斜率進行測量來評估。

圖3.將應力斜坡應用于具有屈服應力的樣品，檢測粘度通過最大值的點，樣品中的結構開始分解，材料開始以液體形式流動。發生這種情況的應力是屈服應力。

振蕩測試也可用于通過幅度掃描產生屈服應力數據。在幅度掃描中，樣品經受穩定增加幅度的正弦應變或應力分布。當材料微觀結構完整時，彈性模量G'隨應變或應力保持恒定，但是在屈服應力之上，當結構破壞時觀察到彈性模量的快速下降。

G'不變的區域稱為線性粘彈性區域（LVER）。LVER的邊緣點可以被認為是定義屈服點，盡管有些人將其定義為G'超過G'交叉的應力或應變，盡管這不太可取。通常，真實屈服點發生在這兩個轉變點之間的某處，并且當針對應變繪制時，這可以與彈性應力的峰值（G'的應力分量）相關聯。

圖4.幅度掃描識別樣本的LVER，它表現出類似固體的行為; 較長的LVER表示樣品中的結構更大。

不滴番茄醬

三種番茄醬樣品（價值，超市自有品牌和品牌）的應力斜坡測試數據如圖5所示.Malvern Panalytical的Kinexus旋轉流變儀用于進行40 mm鋸齒平行板幾何形狀的測試。結果表明，每個樣品都表現出屈服應力，品牌產品顯示出最大的結構，最高屈服應力為22Pa。這意味著品牌產品將需要更大的力來分配，但在使用過程中將令人滿意地不滴落。

圖5.品牌番茄醬（紅色）相對于超市（藍色）和價值（綠色）替代品的高屈服應力表明結構更大，并表明它不太容易在盤子上蔓延或滴落使用。