CÁC PHÉP ĐO LƯU BIẾN ĐỐI VỚI VẬT LIỆU

Rheology là một nhánh của vật lý học. Lưu biến học được sử dụng để mô tả và đánh giá sự biến dạng và tính chất chảy của vật liệu. Chất lỏng chảy với tốc độ khác nhau và chất rắn có thể bị biến dạng ở một mức độ nhất định. Dầu, mật ong, dầu gội đầu, kem bôi tay, kem đánh răng, thạch ngọt, vật liệu nhựa, gỗ và kim loại - tùy thuộc vào hành vi vật lý của chúng, chúng có thể được sắp xếp theo thứ tự: Một bên là chất lỏng, một bên là chất rắn, và trong giữa các chất bán rắn, có độ nhớt cao.

Khoảng tính chất của vật liệu

Giống chất lỏng---------- Giống chất rắn
Chất lưu lý tưởng-------Hầu hết các loại Vật liệu hiện nay------------ Chất rắn lý tưởng
Thuần nhớt-----------------Nhớt dẻo------------------Thuần dẻo

Máy đo lưu biến Rheometer là một công cụ đo cả độ nhớt và độ đàn hồi của chất lỏng, chất bán rắn và chất rắn. Giúp cung cấp thông tin về vật liệu bao gồm:
- Độ nhớt
- Tính đàn hồi 
Máy đo Rheometer hoạt động đơn giản bằng cách liên hệ đặc tính vật liệu với ứng xuất trượt tác động lên đó để vật liệu di chuyển được bao xa:
+ bằng cách chỉ huy mô-men xoắn (ứng suất) và đo chuyển vị góc (biến dạng)
+ bằng cách chỉ huy chuyển vị góc (biến dạng) và đo mô-men xoắn (ứng suất)

1.    Độ nhớt là gì?

-    Độ nhớt được định nghĩa là khả năng chống biến dạng của vật liệu và
là một hàm của tốc độ cắt hoặc ứng suất, với thời gian và phụ thuộc vào nhiệt độ. Tất cả các chất lỏng đều được cấu tạo từ các phân tử; huyền phù cũng chứa đáng kể một số hạt lớn. Khi chuyển động, các phân tử và hạt buộc phải trượt dọc theo nhau từ đó tảo ra lực cản dòng chảy do ma sát nội gây ra. Các chất lỏng có các hạt thành phần kích thước càng lớn thì độ nhớt càng lớn. 


-    Tại sao các chất khác nhau có độ nhớt khác nhau?

Các phân tử trong chất lỏng có nhiều kích thước khác nhau: các phân tử dung môi xấp xỉ khoảng 0,5 nm, các polyme 50 nm (đường kính bi cuộn ở trạng thái nghỉ), và các hạt khoáng chất là 5 µm = 5000 nm. 
Các thiết bị đo lưu biến hiện đại có thể được sử dụng cho các thử nghiệm cắt và thử nghiệm xoắn. Chúng hoạt động với chuyển động quay và quay liên tục. Các hệ thống đo cụ thể có thể được sử dụng để thực hiện các thử nghiệm kéo đơn trục theo một hướng chuyển động hoặc như các thử nghiệm dao động.

Máy đo độ nhớt chỉ có thể xác định các giá trị độ nhớt của mẫu. Điều này có thể được thực hiện bằng cách thực hiện các bài kiểm tra quay, chủ yếu là kiểm soát tốc độ hoặc bằng cách sử dụng các phương pháp kiểm tra khác. Kết quả được trình bày dưới dạng đường cong dòng chảy hoặc đường cong độ nhớt. Máy lưu biến có thể xác định nhiều thông số lưu biến hơn.

Các giá trị độ nhớt của một số vật liệu thông thường
 

STT

Vật liệu

Độ nhớt (Pa.s)

1

Chất kết dính nhựa đường

100.000

2

Polyme nóng chảy

1000

3

Mật ong lỏng

10

4

Glycerol

1

5

Dầu oliu

0,01

6

Nước

0,001

7

Không khí

0,00001

•    Các Thử nghiệm dòng chảy để xác định độ nhớt và các tính chất cơ lý khác của chất lưu bao gồm:
-    Shear rate/ stress là hằng số (Constant shear rate/stress (or Peak hold) hoặc peak hold)
-    Liên tục tăng và giảm ứng suất/ tỷ lệ Continuous stress/rate ramp and down)
-    Dòng chảy từng bước (hoặc Dòng quét) (Stepped flow (or Flow sweep))
-    Dòng chảy trạng thái ổn định (Steady state flow)
-    Đường dốc nhiệt độ dòng chảy (Flow temperature ramp)

2.    Tính chất nhớt dẻo

Nhiều vật liệu thể hiện tính chất hỗn hợp đgiữa tính chất nhớt và dẻo khi bị cắt. Đây được gọi là tính chất đàn hồi. Đo G ’, G”, tan đối với thời gian, nhiệt độ, tần số và ứng suất/ biến dạng quan trọng cho việc xác định đặc tính của vật liệu.

Thường thì phần đàn hồi của đặc tính đàn hồi tương đối rõ rệt hơn trong các điều kiện sau:
-    Chuyển động nhanh hơn, có nghĩa là tốc độ biến dạng hoặc tốc độ cắt cao hơn hoặc tần số dao động cao hơn
-    Nhiệt độ thấp hơn: Trong cả hai trường hợp, mạng lưới phân tử sẽ kém linh hoạt và cứng hơn. Chuyển động càng chậm và / hoặc nhiệt độ càng cao thì hoạt động của các phân tử càng linh hoạt và di động. Do đó, thường không đủ để xác định độ nhớt một mình (bằng máy đo độ nhớt) vì trong nhiều quá trình, các hiệu ứng đàn hồi rõ rệt có thể xảy ra. Sự kết hợp giữa hành vi chảy nhớt và ứng xử biến dạng đàn hồi này được gọi là ứng xử đàn hồi.

•    Các thử nghiệm dao động để xác định dao động:
-    Quét ứng suất và biến dạng (Stress and Strain Sweep)
-    Quét thời gian (Time Sweep)
-    Quét tần số (Frequency Sweep)
-    Tăng nhiệt độ (Temperature Ramp)
Quét nhiệt độ (TTS)

Nguồn: 
1. TA instruments, Rheology Theory and Application.
2. Barnes, H.A., Hutton, J.F., Walters, K.: An introduction to rheology. Elsevier, Amsterdam, 1989. Barnes, H.A.: A handbook of elementary rheology. Inst. of Non-Newt. Fluid Mechanics, Aberystwyth, 2000. Barnes, H.A.: Viscosity. INNFM, Aberystwyth, 2000
3. Macosko, C.W.: Rheology, principles, measurements, and applications. Wiley, New York, 1994.
4. Mezger, T.G.: Das Rheologie-Handbuch. Vincentz, Hannover, 2016 (5th edition); The Rheology-Handbook. Vincentz, Hanover, 2014 (4th edition)