Wojnar Agnieszka Więch Ilona Zdyrski Wiktor III CC-DI TTS 2013/2014 |
PODSTAWY REOLOGII Sprawozdanie nr 2 |
29.11.2013 |
|---|---|---|
| Temat: BADANIE PŁYNIĘCIA CIECZY TIKSOTROPOWYCH. |
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest prześledzenie zjawiska tiksotropii wybranych cieczy nienewtonowskich, wyznaczenie krzywej histerezy płynięcia oraz współczynników chrono- i mobilotiksotropii przy użyciu wiskozymetru rotacyjnego.
Zbadanie zjawiska tiksotropii:
Wprowadzono badaną substancję w ilości 30 ml do cylindra pomiarowego i termostatowano 10 min w temperaturze 298 K w układzie pomiarowym. Zbadano przebieg zmian wychylenia miernika w czasie 15 min, przy ustalonej prędkości obrotowej, wartości odczytywano początkowo co 20 s przez 1min, później co 1 min. Podobny pomiar wykonano dla innej prędkości obrotowej w temp. 298 K po 30 min przerwy.
Wyniki przedstawiono w tabeli:
OBLICZANIE INDEKSU TIKSOTROPII:
| Prędkość obrotowa | 0,5 | 5 | 1 | 10 |
|---|---|---|---|---|
Zmiany wychyleń miernika [mPA] |
99 0000 | 12 5000 | 42 5000 | 58 200 |
| 98 0000 | 11 7500 | 41 7000 | 56 600 | |
| 94 0000 | 11 1200 | 40 4000 | 55 100 | |
| 92 1000 | 10 7200 | 41 3000 | 52 300 | |
| 90 0000 | 10 6000 | 40 8000 | 52 500 | |
| 89 7000 | 10 4600 | 40 2000 | 52 000 | |
| 89 5000 | 10 3400 | 39 0000 | 51 600 | |
| 89 4000 | 10 2400 | 39 4000 | 50 900 | |
| 89 2100 | 10 1600 | 39 0000 | 50 400 | |
| 89 2000 | 10 0400 | 38 8000 | 50 200 | |
| średnia | 92 0110 | 10 7930 | 40 3100 | 52 980 |
Indeks tiksotropii obliczamy ze wzoru:
$$\text{IT} = \frac{\eta_{1}}{\eta_{10}}$$
$\text{IT}_{1\left( \frac{0,5}{5} \right)} = \frac{92\ 0110}{10\ 7930} = 8,53$
$$\text{IT}_{2\left( \frac{1}{10} \right)} = \frac{40\ 3100}{52\ 980} = 7,61$$
$\text{IT}_{sr} = \frac{8,53 + 7,61}{2} =$8,07
Na podstawie indeksu tiksotropii zauważamy że lepkość maleje ze wzrostem szybkości ścinania. Należy brać też pod uwagę, to, że sam indeks tiksotropowy nie określa nam czy badana ciecz należy do cieczy tiksotropowych, więc aby określić charakter cieczy musimy posłużyć się wykresem η=f(t) na podstawie którego jesteśmy w stanie stwierdzić, że struktura cieczy uległa zniszczeniu a następnie odbudowaniu w pewnych odstępstwach czasowych wraz malejącą prędkością ścinania.
WYZNACZANIE PĘTLI HISTEREZY PŁYNIĘCIA CIECZY TIKSOTROPOWEJ, WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW CHRONO- I MOBILOTIKSOTROPII W TEMPERATURZE 298 K.
Dla badanej substancji prześledzono przebieg zmian wychyleń miernika dla wzrastających szybkości ścinania a następnie dla malejących i sporządzono wykres zależności . Po 0,5 h przerwie badaną substancję poddano ścinaniu przy wzrastającej szybkości do pewnej ustalonej wartości i poddano ją ścinaniu w czasie t1=120 s. Po upływie tego czasu naprężenie styczne opadło do pewnej wartości i wtedy rozpoczęto zdejmowanie krzywej opadającej. Podobny pomiar dla czasu t2=300 s wykonano po uprzednim 0,5 h postoju przyrządu. W celu wyznaczenia współczynnika mobilotiksotropii należało zdjąć 2 pętle histerezy tiksotropowej, każdą przy innej maksymalnej szybkości ścinania.
Wyniki zebrano w tabeli: dla przekładni S-2
Wyniki pomiarów wyznaczonych i obliczonych dla krzywych płynięcia badanej substancji
Pomiar t1= 30s
| Nazwa badanej substancji | Tempe-ratura pomiaru | Szybkość ścinania | Wielkości mierzone | Wielkości obliczone |
|---|---|---|---|---|
T, oC 25 |
, s-1 | , działka | t, s | |
| 0,50 | 25 | 30 | ||
| 0,90 | 31 | 60 | ||
| 1,00 | 30 | 90 | ||
| 1,50 | 34 | 120 | ||
| 1,80 | 33 | 150 | ||
| 2,70 | 35 | 180 | ||
| 3,00 | 34 | 210 | ||
| 4,50 | 36 | 240 | ||
| 5,40 | 35 | 270 | ||
| 8,10 | 36 | 300 | ||
| 9,00 | 37 | 330 | ||
| 13,5 | 39 | 360 | ||
| 16,2 | 38 | 390 | ||
| 24,3 | 40 | 420 | ||
| 27,0 | 40 | 450 | ||
| 40,5 | 41 | 480 | ||
| 48,6 | 42 | 510 | ||
| 72,9 | 44 | 540 | ||
| 81,9 | 44 | 570 | ||
| 121,5 | 46 | 600 | ||
| 145 | 47 | 630 | ||
| 218,7 | 50 | 660 | ||
| 243,0 | 50 | 690 | ||
| 437,4 | 56 | 720 | ||
| Po czasie t=30 s | ||||
| 25 | 437,4 | 55 | 750 | |
| 243,0 | 46 | 780 | ||
| 218,7 | 45 | 810 | ||
| 145,8 | 41 | 840 | ||
| 121,5 | 38 | 870 | ||
| 81,9 | 35 | 900 | ||
| 72,9 | 35 | 930 | ||
| 48,6 | 32 | 960 | ||
| 40,0 | 30 | 990 | ||
| 27,0 | 27 | 1020 | ||
| 24,3 | 28 | 1050 | ||
| 16,2 | 26 | 1080 | ||
| 13,5 | 25 | 1110 | ||
| 9,0 | 23 | 1140 | ||
| 8,1 | 23 | 1170 | ||
| 5,4 | 21 | 1200 | ||
| 4,5 | 20 | 1230 | ||
| 3,0 | 19 | 1260 | ||
| 2,7 | 19 | 1290 | ||
| 1,8 | 18 | 1320 | ||
| 1,5 | 17 | 1350 | ||
| 1,0 | 16 | 1380 | ||
| 0,9 | 16 | 1410 | ||
| 0,5 | 14 | 1440 |
Na podstawie powyższych wartości prędkości ścinania oraz naprężeń stycznych program Rheotest wykreślił następujące wykresy τ =f($\dot{\mathbf{\gamma}}$) ; logτ =f(log$\dot{\mathbf{\gamma}}$) oraz η = ƒ($\dot{\mathbf{\gamma}}$)
Po czasie t=30 s
Pomiar 1. t=30s, układ pomiarowy S-2, ciecz w ilości 30ml
Pomiar 2.
Wyniki zebrano w tabeli: dla przekładni S-2
Wyniki pomiarów wyznaczonych i obliczonych dla krzywych płynięcia badanej substancji
Pomiar t2= 100s
| Nazwa badanej substancji | Tempe-ratura pomiaru | Szybkość ścinania | Wielkości mierzone | Wielkości obliczone |
|---|---|---|---|---|
T, oC 25 |
, s-1 | , działka | t, s | |
| 0,50 | 21 | 30 | ||
| 0,90 | 22 | 60 | ||
| 1,00 | 25 | 90 | ||
| 1,50 | 26 | 120 | ||
| 1,80 | 27 | 150 | ||
| 2,70 | 30 | 180 | ||
| 3,00 | 30 | 210 | ||
| 4,50 | 31 | 240 | ||
| 5,40 | 33 | 270 | ||
| 8,10 | 34 | 300 | ||
| 9,00 | 33 | 330 | ||
| 13,5 | 34 | 360 | ||
| 16,2 | 36 | 390 | ||
| 24,3 | 37 | 420 | ||
| 27,0 | 37 | 450 | ||
| 40,5 | 38 | 480 | ||
| 48,6 | 38 | 510 | ||
| 72,9 | 39 | 540 | ||
| 81,9 | 40 | 570 | ||
| 121,5 | 40 | 600 | ||
| 145 | 41 | 630 | ||
| 218,7 | 45 | 660 | ||
| 243,0 | 45 | 690 | ||
| 437,4 | 46 | 720 | ||
| Po czasie t=100 s | ||||
| 25 | 437,4 | 40 | 750 | |
| 243,0 | 39 | 780 | ||
| 218,7 | 38 | 810 | ||
| 145,8 | 37 | 840 | ||
| 121,5 | 36 | 870 | ||
| 81,9 | 35 | 900 | ||
| 72,9 | 35 | 930 | ||
| 48,6 | 34 | 960 | ||
| 40,0 | 33 | 990 | ||
| 27,0 | 31 | 1020 | ||
| 24,3 | 30 | 1050 | ||
| 16,2 | 29 | 1080 | ||
| 13,5 | 28 | 1110 | ||
| 9,0 | 26 | 1140 | ||
| 8,1 | 26 | 1170 | ||
| 5,4 | 25 | 1200 | ||
| 4,5 | 24 | 1230 | ||
| 3,0 | 23 | 1260 | ||
| 2,7 | 22 | 1290 | ||
| 1,8 | 21 | 1320 | ||
| 1,5 | 20 | 1350 | ||
| 1,0 | 19 | 1380 | ||
| 0,9 | 18 | 1410 | ||
| 0,5 | 16 | 1440 |
Na podstawnie powyższych wartości wykreślono wykresy (za pomocą programu Microsoft Excel):Pomiar 2 w układzie S-2
Wyznaczanie współczynnika chronotiksotropii B ze wzoru:
$B = \frac{\eta_{1} - \eta_{2}}{\log\frac{t_{2}}{t_{1}}}$ $B = \frac{0,85 - 0,69}{\log\frac{100}{30}} = \ 0,29$
Wnioski
Na wykresach zależności η = ƒ($\dot{\mathbf{\gamma}}$) możemy zauważyć że odpowiednio w czasie t=30 s oraz t=100s badana ciecz odbudowuje strukturę tiksotropową co wiąże się ze wzrostem lepkości.
Z wyznaczonych wartości lepkości substancji możemy wnioskować, że czas pomiędzy pomiarami 1 i 2 który był zbyt krótki, aby w badanej substancji środek tiksotropujący był w stanie odbudować strukturę tiksotropową w całej objętości cieczy. Świadczy o tym fakt, że wartości lepkości na początkach prób 1 oraz 2 znacznie się od siebie różnią.
Przy wzrastających szybkościach ścinania naprężenia styczne rosną, a przy malejących szybkościach ścinania maleją. Lepkość maleje ze wzrostem szybkości ścinania. Struktura tiksotropowa ulega zniszczeniu w czasie zwiększania szybkości ścinania i ulega ona odbudowaniu w czasie wraz z malejącą szybkością ścinania.
Miarą tiksotropii jest pole wewnątrz krzywej τ= ƒ($\dot{\mathbf{\gamma}}$) , im jest ono większe twym dana ciecz wykazuje lepsze właściwości tiksotropowe. Pole wewnątrz krzywej zobrazowane na naszym wykresie nie jest zbyt duże, można stwierdzić, że otrzymana substancja do zbadania wykazuje słabe właściwości tiksotropowe.
Na podstawie otrzymanych wykresów η = ƒ($\dot{\mathbf{\gamma}}$) możemy stwierdzić, że badaną cieczą najprawdopodobniej jest ciecz pseudoplastyczna, która w dużym stopniu różni sie od cieczy newtonowskich dla których lepkość wraz ze wzrostem szybkości ścinania nie zmienia się. Ciecze pseudoplastyczne, można zaliczyć do cieczy tiksotropowych w wypadku którym następuje uporządkowanie cząsteczek struktury cieczy po ustaniu działania sił ścinających.
Wyszukiwarka