Wstęp teoretyczny

Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami sprawiają, iż podczas przepływu płynów pojawia się tarcie wewnętrzne zwane lepkością η. Jego występowanie pociąga za sobą wiele skutków jak np. wyrównanie prędkości warstw płynu podczas przepływu laminarnego.

Lepkość roztworów zależy od charakteru oddziaływań między cząsteczkami składników oraz temperatury. Nie jest to wielkość addytywna więc zależność lepkości roztworu od jego składu można jedynie określić empirycznie.

Parametrem charakteryzującym lepkość ilościowo jest stała zwana lepkością dynamiczną lub współczynnikiem lepkości, równa stosunkowi naprężenia ścinającego do prędkości ścinania. Płyny, dla których stosunek ten nie zależy od prędkości ścinania nazywają się płynami newtonowskimi, pozostałe zaś nienewtonowskimi.

Lepkość roztworu polimeru jest większa od lepkości czystego rozpuszczalnika z powodu obecności makrocząsteczek. Jedną z metod badania lepkości jest metoda wykorzystująca reometr.

Jest to urządzenie składające się m.in. z dwóch współosiowych cylindrów: zewnętrznego ( element stacjonarny, podłączany do zewnętrznego układu termostatującego) oraz wewnętrznego. Pomiędzy nimi umieszczona jest próbka cieczy poddawana ściskaniu . Podczas ruchu obrotowego cylindra wewnętrznego (wirnika) powstaje przepływ laminarny na podstawie, którego wyznacza się naprężenie ścinające, szybkość ścinania i lepkość.

Rys.1 Podstawowe układy pomiarowe reometrów rotacyjnych

a - koncentryczny cylinder, b - stożek-płytka, c - równoległe płytki

Cel ćwiczenia

Zapoznanie z techniką pomiarów statycznego przy pomocy reometru rotacyjnego oraz wyznaczenie lepkości wybranych roztworów karbapolu.

Uzyskane wyniki

Rys.2 Zależność lepkości od szybkości ścinania dla próbki o pH = 2

Rys.3 Zależnoći lepkości od szybkości ścinania dla próbki o pH = 7

Rys.4 Zależność lepkości od szybkości ścinania dla próbki o pH = 10

Rys.5 Pomiar oscylacyjny dla próbki o pH=2

Obserwacje i wnioski

Na podstawie powyższych wykresów można stwierdzić, iż lepkość zależy od pH roztworu. Najwyższa jest dla roztworu o pH równym 10 a najniższa dla pH =2. Jest to spowodowane zobojętnienie grup kwasowych karbazolu i tym samym zwiększeniem lepkości.

Badany polimer jest płynem rozrzedzanym ścinaniem, gdyż jego lepkość maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinania, co pokazują rys.2-4

Jak widać na rys.5 moduł sprężystości G´ oraz moduł stratności G´´ rośną wraz ze wzrostem częstotliwości pomiaru. G' rośnie gwałtownie, co jest spowodowane możliwością sieciowania podczas pomiaru.