如何测量粘弹性
什么是粘弹性?
当力作用在材料上时,就会使材料变形。这种变形可以是两个极端之一——纯弹性变形(如弹簧)或纯粘性流动(如油)。
力使弹性材料瞬间变形,并使粘性材料在施力的整个过程中流动。当力被移除时,弹性材料立即恢复到原来的状态,而粘性材料则完全不会恢复。
弹性行为通常是由原子间的键拉伸引起的(这是瞬间的)。粘度是由原子或分子相互移动引起的,这需要时间,但也不容易逆转,不像弹性。
大多数材料介于两者之间。它们同时表现出粘性和弹性行为,因此被称为“粘弹性”。这意味着当施加一个力时,有一个初始的弹性“拉伸”,材料将继续以粘性的方式变形,直到力被消除。卸载后,弹性变形发生逆转,而粘性变形没有逆转。
粘弹性材料的变形速度越快,它就越趋向于弹性行为而不是粘性行为。这是由于允许蠕变和松弛首先发生的时间依赖机制。如果变形更快,它们就没有时间发生。
根据考虑的产品类型,不同比例的弹性和粘性行为是可取的。汽车轮胎的粘度应该很低(这样热量就不太可能积聚),而面包面团应该同时具有粘性和弹性(这样在揉捏时可以混合和拉伸)。
如何使用纹理分析仪测量粘弹性?
由于粘弹性材料表现出与时间相关的行为(只要施加一个力,它就会保持拉伸),因此粘弹性的测量必须包括保持期。这通常包括将样品加载到设定的力并观察变形随时间的变化(“蠕变”测试),或加载到设定的距离并观察力的变化(“松弛”测试)。
当试样可以很容易地得到一个常数和可测量的截面时,应力和应变常被用来代替力和距离。然而,对于工业上的大多数质量控制测试,使用力和距离(对于高度一致的样品)或应变(对于高度变化的样品)更方便。应变就是变形距离除以起始高度。
在纹理分析器上有几种简单的测量蠕变和松弛的方法:
一个压缩测试包括将样品放在两个平板之间(通常是仪器底座和一个平板探针)。探针必须大于样品,以避免穿透或切割。理想情况下,这种测试类型的样品将具有平坦、平行的顶部和底部表面。然而,如果测试成品,这可能是不可能的。例如,如果要测试巧克力蛋或药片,主要考虑的是每次以相同的方向加载样品。
其他的样本根本不能被修改成具有方便几何形状的样本。样品和板之间的摩擦会导致粘弹性测量的误差,尽管这通常是一个很小的影响。为了避免摩擦,润滑样品或将其粘到探针和仪器底座上都是有用的。此外,在压缩测试时应避免非常高的样品,因为它们可能会弯曲,但由于测试太接近基础的影响,太短的样品可能会导致不准确。
抗拉测试适用于纤维或弹性材料,或在使用过程中处于张力下的样品。在拉伸试验中,试样夹在钳口之间。在许多情况下,钳口施加的压力使材料变弱并导致过早失效。这可以通过开槽(尽管这不是那么容易重复)或将样品形成狗骨形状来防止,以鼓励薄的中心部分变形。有许多变化的拉力握把可从稳定的微系统,包括锯齿和橡胶涂层握把。雷竞技苹果app下载
弯曲测试有时也用于粘弹性测量,但它们通常仅限于拉伸测试时不容易夹紧或压缩测试时形成紧凑形状的拉长样品。它们也适用于脆性材料,因为与测量挠度相比,真实的材料变形很小。
缩进由于很难提取基本参数,因此测试对于粘弹性评估并不理想。然而,它对于非独立(必须包含)的样品非常有用,例如一些凝胶和软材料。这是非常简单的执行-最重要的条件是一个平坦的样本表面。压痕深度保持一段设定的时间,所产生的松弛观察为力的下降。
粘弹性图
松弛图的一般形状显示力随时间减小,而蠕变图显示变形增加。在这两种情况下,这种行为是由于分子水平上的内部重排,允许样品施加在加载臂上的力部分松弛(或响应力的变形增加)。这将消耗在初始加载期间存储的一些能量。这些能量以热的形式损失掉了。当加载臂消除力时,材料发生弹性恢复。它仍然在向后推探测器,所以它在做功。
在这个过程中,剩余的储存能量被回收。在理想的弹性材料中,没有能量损失。在理想的粘性材料中,不存在弹性恢复。大多数材料介于这两种行为之间。
对于所有的粘弹性测试,结果将取决于测试条件,如测试速度,温度和样品组成和几何形状。除非条件保持一致,否则测试最好用于比较样品,而不是找出绝对的材料性能。例如,一个芒果立方体的压缩行为应该在其他类似用途的芒果的压缩行为的背景下解释,或者已知代表好产品的目标值。
温度对粘性成分的影响尤其大。温度越高,分子的粘性越强,因为分子有更多的热能,可以更容易地相互移动。除非温度变化非常大,否则温度对弹性性能的影响并不明显。许多产品都研究了温度对粘弹性的影响,特别是在预期使用的温度范围内。
Stable Micro Systems的纹理分析仪系列是半固体到固雷竞技苹果app下载体产品的理想测试解决方案,如食品,化妆品,制药和材料行业中的许多产品。以上所有的测量都很简单,使用专门设计的探头和夹具,以及温度控制和专门的测试序列。数据分析是自动的,只需按一下按钮。
有关使用纹理分析仪测量粘弹性的更多特定行业信息,请阅读我们的博客文章:
食品工业的粘弹性>>
制药和化妆品行业的粘弹性>>
材料工业中的粘弹性>>
为了讨论您的具体测试要求,点击这里给我们发邮件...