Wiskozymetria

Wiskozymetria
Jest to dział reologii, która zajmuje się przede wszystkim pomiarami lepkości polimerów. Pomiary te przeprowadza się na podstawie szybkości przepływu polimeru znajdującego się w odpowiednim rozpuszczalniku przez rurkę o małej średnicy (kapilar) przy czym warunki przepływu, a w szczególności temperatury roztworu, jego objętości i średnica kapilary są ściśle określone.
Prawo rządzące przepływem kapilarnym nosi nazwę Hagena - Poisseuille’a


p. - spadek ciśnienia V - objętość płynącego roztworu t czas wypływu

R0,20,5 mm
L12 cm
V200 cm3
Stwarzając takie warunki i określoną w normie temp. w miarę wzrostu lepkości rośnie czas przepływu.


Prawo Hagena - Poisseuille’a jest słuszne jedynie dla laminarnego przepływu cieczy odbywającego się w warunkach izotermicznych czyli stałych temperatur.
Przepływ laminarny tory cząsteczek są zgodne z kierunkiem ruchu cieczy i są w przybliżeniu równoległe.

przepływ laminarny


przepływ turbulentny
Cząsteczki cieczy poruszają się po bardzo zróżnicowanych torach. W przypadku przepływu turbulentnego prawo temperatur nie może być stosowane. Po to aby stosować to prawo do pomiaru lepkości polimeru należy zapewnić laminarny jego przepływ w kapilarze.
Miarą laminarności jest tzw. liczba Reinoldsa, która jest liczbą bezwymiarową

 - gęstość
V- prędkość przepływu
R - promień rurki
 - lepkość
V i R zależy od warunków przepływu

Wraz ze wzrostem prędkości przepływu dla danego promienia R liczba Reinoldsa rośnie. W przypadku cieczy małocząsteczkowych przepływ laminarny jest wówczas gdy Re20000. W przypadku polimerów uznajemy, że przepływ jest laminarny gdy Re100.
W warunkach rzeczywistych należy w równaniu Hagena - Poisseuille’a uwzględnić przyrost Ek wypływającej cieczy z kapilary oraz rozpuszczenie jej strumienia.
W związku z tym równanie na lepkość może przyjąć następującą postać:
A i B są to stałe reometru (przyrząd do pomiaru lepkości)

Warunki przepływu ustala się często przez porównanie wypływu rozpuszczonego polimeru z cieczą wzorcową
Mając ciecz wzorcową o znanej lepkości 0 i znanym czasie jej wypływu to dokonujemy pomiaru czasu wypływu badanego roztworu polimeru i lepkość oznaczamy
Warunki te dotyczą stałej objętości wypływającej cieczy i stałej temperatury. W celu uniknięcia błędów należy pomiary reologiczne przeprowadzać bardzo starannie, konieczne jest wielokrotne przedmuchiwanie kapilary powietrzem pozbawionym pyłu - czas termostatowania czyli utrzymywania badanej próbki polimeru w termostacie przy stałej temperaturze musi wynosić co najmniej 15 min.
Przyjmuje się, że regulacja temperatury w termostacie powinna zapewnić dokładność utrzymania tej temperatury na poziomie 0,01C. Poziom czasu wypływu ustala się z dokładnością 0,1s.
A zatem parametrami decydującymi o dokładności pomiaru jest staranne ich wykonanie.
Stosowane są jeszcze 2 popularne w przemyśle metody pomiaru lepkości:
1. Metoda Englera - polega na określeniu lepkości danego roztworu polimeru jako stosunek czasu przepływu 200cm3 destylowanej wody i roztworu tego polimeru. t0 czas wypływu 200cm3 destylowanej wody. Mierzymy w stopniach Englera.
2. Metoda Hpplera - polega na określaniu czasu opadania szklanej kulki w kapilarze.


Pomiar lepkości polega na pomiarze czasu w jakim znormalizowana kulka opadnie na dno tej probówki. Lepkość tą określa się w stopniach hpplera. Oczywistym jest, że lepkości mierzone różnymi metodami mają różne wartości liczbowe.
Uwaga:
1. Pomiary lepkości i wynikająca z tego znajomość lepkości danego polimeru odgrywa bardzo ważną rolę w projektowaniu maszyn, narzędzi przetwórczych. Ważna jest również ze względu na projektowanie procesów technologicznych.
W większości obliczeń inżynierskich stosowanych podczas konstruowania głowic wytłaczarskich oraz form tworzywowych oraz form wtryskowych lepkość polimeru jest jednym z podstawowych parametrów.
2. Pomiary wiskozymetryczne przeprowadzane są z próbkami polimeru rozpuszczonymi w odpowiednim rozpuszczalniku. Konieczność rozpuszczania polimeru wynika z faktu, że lepkość polimerów czystych i ciekłych jest bardzo wysoka i nie były by one w stanie płynąć w kapilarze o małej średnicy.
Z drugiej strony duża liczba polimerów jest w stanie stałym i rozpuszczenie ich jest konieczne ze względu na warunki pomiaru.
Oprócz liczby Reinoldsa w reologii stosujemy jeszcze kilka innych liczb bezwymiarowych, które są parametrami przepływu. Są to liczby Mussela, Pacelta, Hagera. Liczby te mają charakter parametrów pomocniczych.