Bölüm 4
4.1 Reolojiyi Kavramak
Reoloji Webster Sözlüğüne göre malzeme formundaki değişiklik ve maddenin akışkanlığını elastiklik, viskozite ve plastiklik konuları ile benimseyen çalışmalara verilen tanımdır. Bu bölümde detaylı olarak viskoziteyi inceliyoruz; viskoziteyi bir sıvının moleküler çekim kaynaklı iç sürtünmesinin akışa karşı verdiği direnç eğilimi şeklinde detaylandırabiliriz. Sizin Brookfield Viskozimetreniz bu sürtünmeyi ölçerek reolojiye hizmet veren bir araç olarak davranmaktadır.Bu bilgiler tüm viskozimetre kullanıcılarına özellikle teorik ve pratik
4.2 Viskozite
Viskozite bir sıvının iç sürtünmesinin ölçümüdür. Bu sürtünme bir sıvı katmanının başka bir katman üzerinde hareket ettirilmesi ile açık olarak görülür.
Sürtünme ne kadar çoksa bu hareketi gerçekleştirmek için o kadar güç gerekir; bu kavrama “shear” denir. Kesme (Shearing), sıvı fiziksel olarak hareket ettirildiğinde ve ya dağıtıldığında yani dökme, yayma, spreyleme, karıştırma gibi durumlarda meydana gelmektedir. Bu yüzden yüksek viskozlu sıvılar daha düşük viskoza sahip maddelere göre akmak için daha fazla kuvvete ihtiyaç duyarlar
Isaac Newton viskoziteyi şekil 4-1 belirtilmiş modelle tanımlamıştır. İki adet aynı boyutta “A”, “dx” mesafesi ile birbirinden ayrı, aynı yönde hareket eden “V1” ve “V2” hızına sahip paralel düz sıvı alanlar.Newton hızlar arasındaki farkı korumak için gerekli olan kuvvetin sıvılar arasındaki hız farkıyla ya nda hız eğimiyle orantılı olduğunu varsayıyordu. Bunu açıklamak amacıyla Newton şu formülü oluşturdu:
Hız eğimi, dV/dX , katmanlar arasındaki hızın ölçümüyle alakalıdır. Bu shearing (kesme) ‘yi tanımlar ve shear rate olarak isimlendirilir. Bu “ ” semboli ile denklemlerde tanımlanacaktır. Ölçüm ünitesi karşıt saniye olarak tanımlanır (sn -1 ) F/A terimi kesme olayını gerçekleştirmek için gerekli alan başına düşen gücü ifade etmektedir. Bu da “shear stress” olarak adlandırılarak “.” Sembolü ile gösterilecektir. Ölçüm ünitesi dyn/cm2 ya da N/m2 şeklindedir. Basitleştirilmiş bu formüllerle viskozite matematiksel olarak aşağıdaki formülle tanımlanabilmektedir:
Viskozite ölçümünün temel birimi “poise.”’dir. 1 dyn/cm2 ‘lik shear stress ve 1 sn-1 shear rate’e sahip materyalin viskozitesi 1 Poise ve ya 100 Centipoise’dir. Pa.s ya da mPa.s şeklindede viskozite ölçüm ünitelerine rastlama imkanınız bulunmaktadır. Bu üniteler IS sisteminde
4.3 Newtonian Sıvıları
Newton’ın varsayımına göre belirli bir sıcaklıkta viskozite shear rate’e bağımlı değildir. Diğer bir deyişle güç iki katına çıktığında sıvıda iki kat hızla hareket edecektir. Gördüğümüz gibi Newton bu konuda kısmen haklıydı.Bu tip akış davranışına sahip sıvılara doğal olarak, “Newtonian.” Sıvıları ismi verildi. Tabiki bu sadece akış davranışlarından sadece bir tanesidir Grafik A shear stress ve shear rate arasındaki bağıntıyı göstermektedir. Grafik B shear rate’deki varyasyonlara rağmen viskozitenin sabit kaldığını göstermektedir.Tipik Newtonian sıvılarına su ve ince motor yağları örnek verilebilir
Bunun anlamı sabit bir sıcaklıkta Newtonian sıvısının viskozitesi vizkozimetre modeline, spindle’ına ya da hızına bağlı olarak değişmeden sabit kalacaktır. Brookfield Viskozite Standartları cihazların sağladığı shear rate aralıklarında olacak şekilde Newtonian sıvılarıdır. Newtonian sıvıları açık şekilde ölçümü en kolay sıvılardır. Ne yazık ki karmaşık non-Newtonian sıvıları kadar sık rastlanmamaktadırlar. Bu konuya bir sonraki kısımda değineceğiz.
4.4 Non-Newtonian Fluids
t/y Bağıntısının sabit olmadığı zamanlarda tanımlanan sıvılara denir. Diğer bir deyişle bir sıvının shear rate’i değişirken diğer sıvının shear stress değerindeki değişme oranı aynı değildir.Bu yüzden bu tip sıvıların vizkositesi değişecektir.
Non-Newtonian akış farklı şekil ve hacimlere sahip moleküllere sahip sıvılar şeklinde düşünülebilir. Bu moleküllerin birbirleri üzerinden kayarken ; şekil, hacim ve molekül boyutu gibi özellikler onları hareket ettirmek için gerekli kuvveti tayin etmemize yardımcı olur. Spesifik shear rate aralıklarında moleküllerin birleşmesinden dolayı hareketi korumak için az yada daha fazla güce ihtiyaç duyulmaktadır. Pek çok tipte karakterize olmuş non-Newtonian akış bulunmaktadır. En çok rastlanınlar aşağıda akış eğrileriyle bilginize sunulmaktadır:
PSEUDOPLASTIK: Bu tip sıvılar artan shear rate’e karşılık düşen viskozite akışı gösterir. Şekil 4-3.
non-Newtonian sıvıların en yaygın şeklidir; boyalar, emülsiyonlar ve pek çok tipte dispersiyon karışımlar bu tiptedir. Bu tip akışa “shear-thinning” denmektedir. Kolay bir tanım yapılması gerekirse spindle’ın örnek içinde döndüğü anda örneğin moleküler yapısında geçici bir değişim yaşanır ve molekül dağılımı spindle yüzeyi ile daha paralel hale gelir. Böylece spindle’ın dönüşünü engelleyen güç azalacaktır. Rotasyon hızı arttıkça daha fazla yapı bozulacak daha az molekül yapısı birlite hareket edecek ve viskozite düşecektir.
DILATANT: Shear rate’in artırılması ile artan viskozite dilatant sıvısını tanımlamaktadır. Şekil 4-4.
Pseudoplastisitiden daha az rastlanmasına rağmen, dilatantsite yüksek seviyede topaklanmaya sahip katılarda sıkça gözlenir. Kil çamurları, şeker komponentleri, su içindeki mısır nişastası ve su/kum karışımları buna örnek verilebilir. Dilatantsite ayrıca “shear- thickening” akış biçimi şeklinde adlandırılmaktadır.
PLASTIK: Bu tip sıvı statik koşullar altında katı gibi davranacaktır. Akış gerçekleşmeden önce sıvıya belli miktarda stress yüklenmelidir, bu stress’e “yield stress” (f’) denir. Domates ketçabı bu tip sıvıya iyi bir örnektir; esneme değeri şişeden dökülmeyi reddedecektir ta ki şişe sallanıp ketçabın serbestçe akmasını sağlayana kadar. Esneme değeri aşıldığında akış başlar. Plastik sıvılar daha önce bahsedilen üç tip akışa benzer karakteristikleri gösterebilir. Şekil 4-5.
Şimdiye kadar sadece shear rate’in nonNewtonian sıvılar üstündeki etkisini inceledik. Zaman elementi devreye girdiğinde ne olur? Bu soru bizi iki farklı non-Newtonian akış tipini incelemeye itecektir: “thixotropic” and “rheopectic.”
4.5 Thixotropi ve Rheopexi
Bazı sıvıların viskozitesi, sabit shear rate altında belirli bir süre kaldıktan sonra değişiklik göstermektedirler. Bu konuda iki kategori bulunmaktadır:
TİXOTROPI: Şekil 4-6’da görüldüğü gibi sabit shear rate altında tixotropik sıvının viskozite değeri; zaman arttıkça düşüş göstermektedir
RHEOPEXI: Bu davranış tixotropik davranışın tersidir. Zaman geçtikçe viskozite artmaktadır. Şekil 4-7
Thixotropi ve rheopexi daha önce bahsedilen akış davranışlarıyla kombine şekilde oluşabilir ya da sadece belli shear rate’lerde ortaya çıkabilir. Zaman faktörü çok yönlüdür; sabit shear altında bazı sıvılar sadece birkaç saniyede son viskozite değerlerine ulaşabilirken bazı sıvıların son viskozite değerine ulaşmaları günler alabilir. Reopektik sıvılara nadir rastlanmaktadır. Tixotropi ise baskı mürekkeplerinde, gres yağında ve boyalarda sıkça görülmektedir. Değişen shear rate’e maruz kalacak tixotropik sıvı Şekil 4-8’deki gibi davranacaktır. Shear stress’e karşı shear rate grafiğinde shear rate belli bir değere yükseldikten sonra aniden başlangıç noktasına geri dönecektir. Aşağı ve yukarı oklarının denk düşmediklerine dikkat edin. Bu “Histerezis Çevrim” shearing zamanının artmasıyla viskozitenin düşmesine neden olur. Bazı etkiler geri dönüşümlü olabilirde olmayabilirde; bazı thixotropik sıvılar kendi haline bırakıldığında asıl viskozitelerine geri dönebilirler bazıları ise asla geri dönmeyecektir.
Sıvının reolojik davranışı viskozite ölçüm tekniğinde derin bir etkiye sahip olabilir. Kısım 4.8’de bu tip etkiler ve onlarla baş etmenin yollarını inceleyeceğiz. Bölüm 5’te ileri matematiksel tekniklerle pek çok koşula dayalı akış davranış analizleri yapılabilecektir. Öncelikle Laminer ve Türbülans akışları inceleyelim :
4.6 Laminer ve Türbülans Akış
Viskozitenin genel tanımı laminer akışın varlığını anlatmaktadır : Sıvının bir katmanının diğer bir katmanla hiç transfer yaşamadan yan yana geçişidir. Viskozite bu katmanlar arasındaki sürtünmedir. Pek çok faktöre bağlı olmak şartıyla bir sıvının katmanının diğer katmana kütle aktarımı yapmadan geçiş yapabileceği maksimum bir hız bulunmaktadır. Buna türbülans denmektedir. Moleküller ya da geniş partiküller katmanlar arasında geçiş yaparak belirgin miktarda enerji yaymaktadırlar. Aynı hızda laminer değilde türbülans şeklinde bir akımın olması isteniyorsa daha yüksek bir enerjinin giriş yapması gerekmektedir. Arttırılmış enerji girişi, laminer akış şartları altında aynı shear rate şartlarından daha yüksek shear stress vermektedir. Buda aşırı seviyede yüksek viskozite ölçümüne neden olur. Laminer akışın türbülans akışa dönüşme noktası katmanlar arasındaki hızdan başka pek çok faktöre bağlıdır. Materyalin viskozitesi, spesifik yer çekimi, spindle’ın geometrisi ve numune kabı dönüş noktasını etkileyen faktörler arasındadır. Türbülans ve dilatant akış davranışının ayrılması konusunda dikkatli olunmalıdır. Genel olarak dilatant materyaller shear rate’in artmasıyla doğru orantılı bir artış göstereceklerdir. Türbülans akışta ise belli bir shear rate’in üstünde relatif olarak ani ve yüksek bir artış gözlenecektir. Bu nokta altında materyalin akış davranışı Newtonian ya da non-Newtonian olabilmektedir. Brookfield Viskozimetrelerinin çalıştığı relatif olarak düşük shear rate’lerde türbülans akışla karşılaşma şansınız düşük olacaktır. Sadece LV serisi ile 15 cP’da ya da diğer viskozimetrelerle 85 cP’da çalışırken türbülans akışla karşılaşma olasılığınız vardır. Sıvının viskozitesi ne kadar yüksekse türbülans yaşaması ihtimali o kadar düşüktür. Eğer düşük viskoziteli sıvılarla çalışırken türbülans gözleniyorsa UL adaptörü kullanılarak bu durum engellenebilir.
4.7 Akma Gerilmesi : (Yield Stress)
Durum 1: Krem/merhem gibi maddeler bulundukları ambalajın(tüpün) dışına kolayca çıkmayacaktır. Durum 2: Salata sosu şişeye yapılacak hafif bir baskıyla hemen dökülecektir Yukarıdaki ürünlerin kalite kontrolündeki temel nokta materyali akışa geçirdiğimiz noktadır.(Yield Stress) Basitçe ifade edersek sıvının akması için uygulanması gereken kuvvete verilen addır. Tüp ve sıkma tipi şişelerde müşterinin sıvının akmasını sağlaması için ne kadar güç uygulaması gerektiği bilgisini vermektedir. Salata sosu ve ya merhem gibi maddelerin esneme verimini ölçmek için pekçok metod bulunmaktadır.
Kalite kontrol teknisyeni standart bir masa üstü viskozimetre ile aşağı/yukarı hız rampası ve tork değerlerinin kaydını gerçekleştirebilir. Biz buna “controlled rate” metodu diyoruz. Standart yazılım programlarında bulunan ‘best fit’ opsiyonu kullanılarak tork verim değerini geri hesaplama işlemi gerçekleştirilebilir. Bu tip hesaplama “dynamic yield” olarak bilinen değerin hesaplanmasına yarar, bu durumda akma noktası değeri interpolasyona uğramıştır. Akmayı belirlemenin daha hassas yöntemi Brookfield R/S-CPS Reometresini kullanarak kontrollü ölçüm yapmaktır. Bu reometre akış sağlanana dek kontrollü stress rampalarıyla örnek üzerindeki gücü (torku) arttırmaktadır. Kontrollü stress rampası kullanan kalite kontrol teknisyeni akmanın nerde başladığını direkt olarak belirleyebilir. Bu “statik akma noktası” olarak bilinir. Akma stres verisini elde etmek için kullanılan spindle geometrisi önemli bir faktördür. Pratik ve düşük maliyetli bir çözüm ; standart ya da silindirik spindle’ları bağladığınız viskozimetrenizi 600 mL’lik bir beherde kullanmaktır. Bu metod daha önce bahsedildiği gibi kontrollü bir test metodu sağlayacaktır. Koaksiyel silindir ya da cone/plate geometrilerinin kullanımı kontrollü rate ya da stres modlarında güçlü alternatiflerdir. Bu geometriler tipik olarak daha hassasdır çünkü sıvı belirli aralıklarla eşit olarak kesilmektedir. Kontrollü stres modunun kontrol rate moduna avantajı akma davranışının değerlendirilmesi adına direkt bir metod olmasından ileri gelir. Dezavantaj olarak bahsedebileceğimiz durum ise bu reometreler standart kontrol rate masa üstü viskozimetrelere oranla oldukça pahalıdır. Sonuçlar ise genel olarak daha kesindirler. Ayrıca ölçüm yapmak için gerekli örnek miktarı bu tip spindle sistemleri ile minimuma indirilebilir. Yukarıdaki tüm durumlarda teste başlamadan önce numune dikkatli bir biçimde taşınmalıdır. Buna bağlı olarak test sonuçlarını etkileyebilecek ters bir etki gözlemlenebilir. Numune alma ve taşıma prosedürünün adım adım belirtilmesi önemlidir. Alternatif bir spindle geometrisi olan vane(pervane) spindle’lar hamur tipi materyaller, jeller, süspansiyon katısı içeren sıvılar ve yumuşak katılar (puding) şeklinde tanımlanan malzemelerle kullanılmaya uygundur. Tabiki salata soslarıda bu son kategoriye girmektedir. Vane spindle’ların temel yararı spindle daldırma sırasında minimum bozulmaya neden olmaktadır. Spindle yukarıda anlatıldığı gibi kontrollü oran ya da kontrollü stres şeklinde kullanılarak esneme değerinin bulunmasında kullanılabilir. Bu yazının başında tanımlandığı gibi kalite kontrolde düzgün örnek davranışının sağlanması için akma gerilmesi ölçümünün kullanılması standart bir test metodu halini almıştır. Kalite kontrol üzerindeki yükü hafifletmek adına akma noktası tayini için kullanılan kalite kontrol metodu tek cihaz üzerinden gerçekleştirilebilir. Bu cihaz Brookfield YR-1 dir.
Bu tip enstrümanlara akış reometresi denir ve standart masaüstü viskozimetrelerle aynı fiyata akma değerlerinin doğru şekilde ölçülmesini sağlayacak özellikleri sunmaktadırlar. Firmware algoritması maksimum tork değerini tespit ederek eşdeğer akma gerilmesini hesaplamaktadır. Ek olarak cihaz ölçüm sırasında akma değerinin denk düşeceği kalite kontrol aralığını belirleyebilecek özelliğe sahiptir. Bu ek özellik sayesinde ambalajlama sırasındaki malzemenin göstereceği davranışları önceden bilmek kalite kontrol departmanına zaman kazandıracaktır. YR-1 modelindeki akma gerilimi ölçümü özelliği DV-III Ultra reometresine de eklenmiştir. Bu sayede DV-III Ultra numune için akma gerilmesi ve sonrasında akış eğrisini (viskozite ya da shear stres’e karşılık shear rate) belirleyebilecektir
4.8 Reolojik Davranışı Etkileyen Faktörler Nedir ?
Viskozite verisi malzemenizin diğer karakteristik özelliklerinin gözlemlenebileceği geniş bir penceredir. Viskozite değeri onu etkileyen faktörlerden daha kolay ölçülmektedir, buda onu malzeme karakterizasyonunda çok önemli bir ekipman haline getirir. Bu bölümde pek çok reolojik davranışı inceledik ve nasıl tanımlanabileceğini öğrendik. Bir materyalde belirli bir reolojik davranışı tanımlamanın diğer karakteristik özellikler konusunda ne ifade ettiğini merak ediyor olabilirsiniz. Bu kısım yıllar boyu edinilmiş müşteri deneyimlerine dayanarak hazırlanmış ve viskozimetrenizin size ne gibi çözümler sunabileceği konusunda kitap haline getirilmiştir. Ölçüm verilerinde iki sonucu karşılaştırcağınız zaman aklınızda bulundurmanız gereken durum: tüm parametreler ve tüm işlemler aynı şekilde uygulanmalıdır.
4.8.1 Sıcaklık
Reolojik davranışı en çok etkileyen faktörlerden birisi tabi ki sıcaklıktır. Bazı materyaller sıcaklığa karşı oldukça hassastırlar ve relatif olarak sıcaklıktaki düşük bir değişim viskozitede belirgin bir değişim şeklinde gözükebilir. Bazı malzemeler de relatif olarak sıcaklığa daha az tepki verirler. Sıcaklığın viskoziteye etkisi, kullanım veya proses sırasında sıcaklığa maruz kalan motor yağı, gres ve eritilmiş tutkal tipi malzemelerin değerlendirilmesinde önemli bir etkendir.
4.8.2 Shear Rate
Sıvıların büyük çoğunluğu Non-Newtonian akış özelliği gösterir.. Buda shear rate’in etkisinin pratikte reolojik veri değerlendirmesinde ne kadar etkin olduğunu göstermektedir.Örnek verecek olursak dilatant bir sıvıyı proses içerisine pompalamak felaketle sonuçlanabilir ve tüm prosesin aniden durmasına neden olabilir. Bu aşırı bir örnekte olsa shear rate’in etkisinin önemi küçümsenmemelidir.
Bir malzeme proses ya da işlenme sırasında çeşitli shear rate’lere tabi ise tahmini shear rate değerlerindeki viskozitesinin bilinmesi önemlidir. Eğer bunlar bilnmiyorsa bir tahmin yapılmalıdır. Sonrasında tahmin edilen değerlere olabildiğince yakın shear rate değerlerinde viskozite ölçümleri yapılmalıdır. Ölçüm sırasında tahmini shear rate değerlerine yaklaşmak neredeyse imkânsızdır çünkü bu değerler viskozimetrenin shear rate aralığı dışında kalmaktadırlar. Bu durumda pekçok shear rate değerinde ölçüm yapılması gereklidir ve sonrasında tahmini değerler oluşturulabilir. Bu bilgi toplamak için kullanılan en hassas yöntem değildir ama çoğunlukla varolan tek alternatiftir. Özellikle tahmini shear rate değerleri çok yüksek olduğu durumlarda kullanılır. Açıkçası her zaman farklı shear rate değerlerinde ölçüm yapılarak kullanım veya proses sırasındaki reolojik davranışın tespit edilmesi tavsiye edilmektedir. Shear rate değerleri bilinmediğinde ya da önemsiz olduğunda viskoziteye karşı RPM grafiği yeterli olacaktır. Proses ya da kullanım sırasında shear rate’e tabi olan ya da etkilenen materyaller: boyalar, kozmetik ürünler, sıvı latex, kaplamalar, bazı gıda ürünleri ve kan. Aşağıdaki tablo farklı shear rate’lerin tipik örneklerini vermektedir
4.8.3 Ölçüm Koşulları
Malzemenin ölçümü sırasındaki koşullar viskozitesi üzerinde önemli bir etki yaratarak ölçüm sonucunu etkileyebilir. Bu yüzden bunun farkında olarak test yaptığınız çevreyi mümkün olduğunca kontrol altında tutmak gereklidir.
Birincisi, Kısım 3.3’te özetlenen viskozite ölçüm teknikleri göz önüne alınmalıdır. Viskozimetre modeli, spindle/hız kombinasyonu, örnek kabı hacmi, koruma ayağının olup olmaması, örnek sıcaklığı, örnek hazırlama tekniği gibi değişkenler ölçümünüzün sadece hassasiyetini değil materyalinizin gerçek viskozitesinide etkilemektedir.
İkincisi, viskoziteyi daha az etkileyen diğer faktörler göz önüne alınmalıdır. Örnek olarak numuneniz ortam basıncına duyarlı olabilir. Dental materyaller, maden ürünleri, kan ve mukus bu tip materyale örnek gösterebilir. Bu tip durumlarda kontrollü atmosferde çalışmak tercih edilmelidir. (tasfiye bağlantıları için kısım 2.14’e bakın). Viskoizteyi etkileyebilcek bir diğer faktör örneğin homojenizasyonudur. Genelde homojen örnekler kullanılması tercih edilir çünkü daha tutarlı sonuçlar elde edilebilir. Tabiki bazen materyalin homojen olmayan şekliyle katmanlar şeklinde karakteristik vermesi çalışmaya daha uygundur. Karıştırma ve çalkalama gibi durumlarda bozulabilecek örneklerle çalışırken dikkatli olunması gerekmektedir.
4.8.4 Zaman
Shear altında geçen süre belli şekilde thixotropik ve rheopectik materyalleri etkileyecektir. Tabiki shear etkisi olmasa dahi uzun bekleme süreleri sonunda viskozitelerde değişiklik gözlemlenebilir. Viskozite ölçümü için örnek seçilirken ve hazırlanırken yaşlanma fenomeni göz önüne alınmalıdır. Ayrıca pek çok materyalin viskozitesi kimyasal reaksiyon sonucu değişime uğrayacaktır. Bu yüzdendir ki ilk seferde elde edilen ölçüm farklı bir zamandaki sonuçla belirgin şekilde farklı çıkacaktır.
4.8.5 Basınç
Basınçtaki değişiklikler : çözünmüş gazların baloncuk yapmasına, sürüklenmemiş gazların hacminin ve dağılımının değişmesine ve bazı durumlarda türbülansa neden olur. Basınç diğer parametrelerle karşılaşıldığı kadar fazla karşımıza çıkmamaktadır. Basınç sıvıları kompresleyerek intermoleküler direnci arttırır. Sıvılar çok yüksek basınçlar altında kompreslenebilirler. Gazlara benzeselerde daha düşük seviyelerdedir. Basıncın arttırılması viskozitenin artmasına sebep olacaktır. Örnek olarak: Yüksek konsantrasyonda ki çamurların akış özellikleri (70-80% üzeri parçacık hacmi) partiküller arasındaki boşluğu doldurmaya yetmeyecek kadar az olduğunda üçlü faz karışımı halini almaktadır.(katılar, sıvılar ve genellikle hava). Hava varlığı yüzünden karışım kompreslenebilir ve ne kadar kompreslerseniz akış direnci o kadar artacaktır
4.8.6 Örnek Geçmişi
Isı ve yaşlanmaya karşı hassas sıvılardaki ölçümlerde örneğin geçmişi viskozite ölçümünü etkileyecektir. Bu yüzden saklama koşulları ve örnek hazırlama teknikleri tasarlanarak viskozite testlerindeki yan etkiler minmuma düşürülmelidir. Thixotropic materyaller geçmişiyle hassas bir bağa sahiptir karıştırma, dökme ve benzer shear içeren aktiviteler viskoziteyi etkileyecektir.
4.8.7 Bileşim ve Katkı Maddeleri
Materyalin bileşimi viskoziteyi etkileyen faktörlerden biridir. Bu bileşim farklı maddeler eklemeyle ya da bileşimin oranları ile oynandığında değişerek viskozitede farklı sonuç eldesine neden olur. Örnek olarak baskı mürekkebine eklenen solvent mürekkebin viskozitesini düşürecektir veya boyalara eklenen katkı maddeleri ile reolojik özellikler kontrol edilmektedir.
4.8.8 Dispersiyon ve Emülsiyonların Özel Karakteristirikleri
Dispersiyonlar ve emülsiyonlar, çok fazlı materyaller olarak sıvı faz içinde bir yada daha çok katı faz içerirler. Bunlar belli başlı faktörler ile reolojik olarak etkilenebilirler. Önceden incelenen pek çok faktöre ek olarak çok fazlı materyallere has karakteristik özelliklerde reolojide bu maddelerin farkını ortaya çıkarmaktadır. Bunlar aşağıdaki şekildedir. Örnek materyalinin toparlanması başlıca karakteristik özelliklerden biridir. Katı fazı oluşturan partiküller ayrılıp farklılaşıyor mu yoksa bir araya yığılıyor mu? Yığınlar ne büyüklükte ve ne sıklıkla bir araya gelmişler? Yığınların büyük hacme sahip olması küçük hacme sahip olma durumuna göre viskoziteyi arttıracaktır. Bunun nedeni dispersiyondaki katı komponentin yayılması için daha fazla kuvvete ihtiyaç duyulmasıdır.
Yığınlar dispersiyonda toparlandığında topakların reaksiyonu “shear-thinning” (pseudoplastic) akış ile sonuçlanabilir. Düşük shear rate’lerde topaklar deforme olabilir ama aslında bir arada kalırlar. Shear rate arttıkça topaklar bireysel yığınlara bölünebilir sürtünmeyi azaltarak viskoziteyi düşürür. (Pseudoplastic akış hakkında daha fazla bilgi için kısım 4.4 bakabilirsiniz)
Eğer topaklar arası bağlar çok kuvvetliyse sistem esneme değeri gösterebilir.(Kısım 4.4 plastik akış). Esneme değerinin büyüklüğü bu bağları kırmak için gerekli güce bağlıdır. Eğer topak şeklindeki materyal zamana bağlı şekilde dağılıyorsa bu tip bir akış davranışı oluşacaktır. (Bakınız kısım 4.5). Eğer topaklanma kısmen ya da tamamiyle parçalandıktan sonra shear rate düşürülürse viskozite aynı shear rate değerinde olmasına rağmen daha düşük olabilir. Eğer yığınlar yıkım sonrası bir araya gelmeye başlarlarsa, oranına bağlı olarak etkilenen viskozitenin bir önceki seviyelere ulaşması zaman alacaktır. Eğer tekrar birleşme oranı yüksek ise viskozite öncekiyle neredeyse aynı olacaktır. Eğer birleşme oranı düşük ise viskozite daha düşük olacaktır. Bu akış davranışına “thixotropy” denmektedir. (Bakınız kısım 4.5).
Dağınık fazdaki partiküller arası çekim dağınık faz ile likit faz arasındaki materyale bağımlıdır. Buda sistemin reolojik davranışını etkilemektedir. Bu nedenle topaklanan ya da topaklanmayan ajanların sisteme katılması reolojiyi kontrol edebileceğiniz metodlardan birisidir. Dağınık fazdaki partiküllerin bulunduğu şeklide bir sistemin reolojisini belirlemek biraz farklıdır. Akış halindeki ortam içinde bulunan süspanse partiküller sürekli rotasyon halindedirler. Eğer partiküller aslında küresel ise rotasyon her yönde serbestçe gerçekleşebilir. Ancak partiküller iğne ya da plaka şeklindeyse rotasyon tahmin edilebilecek şekilde hareket etmez ve farklı shear rate oranlarını etkiler. Çok fazlı bir sistemin viskozitesi ölçülürken dağınık fazın stabilitesi özellikle kritiktir. Eğer dağınık faz sabitlenmeye ya da homojen olmayan sıvı üretmeye yakınsa sistemin reolojik karakterleri değişecektir. Çoğu durumda bu viskozitenin düşüceği anlamına gelir. Bu şartlar altındaki veriler genellikle hatalı olacaktır bu yüzden dağınık fazın süspansiyon içinde kalmasına dikkat edilmelidir.