Poniżej krótkie omówienie najważniejszych pojęć i parametrów związanych z pomiarami lepkości. Omówione definicje są zbiorem najcześciej używanych w praktyce laboratoryjnej. Mamy nadzieję, że pozwoli to na bardziej efektywne przeprowadzanie badań i pomiarów lepkości w badaniach rutynowych oraz technologicznych.

* * *

Lepkość

Lepkość jest charakterystyczną własnością płynów. Jest miarą wewnętrznej siły tarcia w cieczy w chwili wymuszenia ruchu jednej warstwy cieczy względem drugiej. Lepkość jest wielkością fizyczną silnie zależącą od temperatury. Standardowymi jednostkami stosowanymi w pomiarach lepkości dynamicznej są:

• mPa·s (SI) lub cP (CGS)
• 1mPas = 1cP (centi-Poise)
• 1dPas = 1P (Poise)

Naprężenie ścinające

Siła na jednostkę powierzchni potrzebna do wprawienia w ruch jednej warstwy cieczy względem drugiej (wewnętrzne tarcie). Standardowymi jednostkami naprężenia ścinającego są N/m² (SI) lub dyna/cm² (CGS).

Szybkość ścinania

Jest miarą szybkości z jaką porusza się jedna warstwa cieczy względem drugiej. Standardową jednostką szybkości ścinania jest s^-1 lub 1/s.

Przepływ laminarny

Idealny ruch jednej warstwy cieczy względem drugiej bez transferu masy pomiędzy nimi. Jest podstawą wyznaczania lepkości dynamicznej.

Przepływ turbulentny

Istnieje określona prędkość, przy której zachodzi transfer masy pomiędzy warstwami cieczy. Wynikiem tego zjawiska jest pojawiające się wysokie naprężenie ścinające i związany z nim wysoki, błędny odczyt wartości lepkości. Przepływ turbulentny charakteryzuje nagły i notoryczny wzrost wartości lepkości występujący powyżej pewnej szybkości. W ogólności płyny można sklasyfikować na podstawie zależności pomiędzy naprężeniem ścinającym
oraz szybkością ścinania.

Płyny newtonowskie

W cieczach newtonowskich występuje zależność wprost proporcjonalna pomiędzy naprężeniem ścinającym, a szybkością ścinania. Lepkość płynów newtonowskich w określonej temperaturze pozostaje stała, niezależnie od modelu wiskozymetru, wrzeciona pomiarowego czy zastosowanej szybkości obrotowej. Najbardziej popularnymi cieczami newtonowskimi są: woda oraz rzadkie oleje silnikowe.

Płyny nienewtonowskie

W przypadku tego typu płynów, zależność pomiędzy naprężeniem ścinającym oraz szybkością ścinania, nie przejawia charakteru liniowego. W wyniku różnych warunków roboczych otrzymywane są różne wartości lepkości.

Lepkość pozorna zdefiniowana jest jako wynik analizy cieczy. Rezultat ten może zostać odtworzony na innym wiskozymetrze pod warunkiem utrzymania identycznych warunków roboczych oraz zdefiniowanego procesu roboczego. Parametry wpływające na wyniki pomiaru:

• model wiskozymetru
• wymiary pojemnika na próbkę
• poziom wypełnienia
• temperatura próbki
• wrzeciono pomiarowe
• szybkość obrotowa
• ogranicznik wrzeciona (tak lub nie)
• czas pomiaru (płyny o charakterystyce zależnej od czasu)

W ogólności każda modyfikacja w roboczej metodyce lub procesie prowadzi do zmian w otrzymywanych końcowych wynikach pomiarowych.  

Pośród płynów nienewtonowskich wyróżnia się kilka różnych zachowań:

Pseudoplastyczne

Próbki, których lepkość spada wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Takie zachowanie płynącej cieczy jest często nazywane rozrzedzeniem przez ścinanie. Najbardziej popularne płyny pseudoplastyczne to różnego rodzaju powłoki, mleko, tusze oraz dżemy.

Plastyczne

Pod wpływem stałych warunków mogą zachowywać się podobnie do ciał stałych. Przeprowadzenie poprawnej analizy cieczy może zostać przeprowadzone dopiero po osiągnięciu granicy płynięcia, powyżej której ciecz zaczyna płynąć i ujawnia jedną ze swoich charakterystyk materiałowych: newtonowską, pseudoplastyczną lub dylatacyjną.

Przykłady: pasta do zębów, czekolada, smar

Dylatacyjne

Lepkość płynów dylatacyjnych wzrasta wraz ze wzrostem szybkości ścinania. Takie zachowanie płynącej cieczy jest często nazywane zagęszczeniem przez ścinanie.
Przykłady: roztwory cukru w wodzie, mieszanki piasku w wodzie

Płyny o charakterystyce zależnej od czasu

Lepkość pozorna zależy nie tylko od szybkości ścinania, ale również od mijającego czasu, w którym to ścinanie zachodzi.

Tiksotropowe

Płyny, których lepkość i naprężenie ścinające maleją w czasie, przy utrzymywanej stałej szybkości ścinania.
Przykłady: ketchup, miód, niekapiące farby, majonez

Reopektyczne

Płyny, których lepkość i naprężenie ścinające rosną w czasie, przy utrzymywanej stałej szybkości ścinania.
Przykłady: lubrykanty oraz niektóre typy farb

W naszym katalogu: Wiskozymetry i reometry