Berka Márta Debreceni Egyetem Kolloid és Környezetkémiai Tanszék http://dragon.unideb.hu/~kolloid/



Hasonló dokumentumok
Berka Márta Debreceni Egyetem Kolloid és Környezetkémiai Tanszék

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

Reológia 2. Bányai István DE Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék

Berka Márta Debreceni Egyetem Kolloid és Környezetkémiai Tanszék

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

A jelenség magyarázata. Fényszórás mérése. A dipólus keletkezése. Oszcilláló dipólusok. A megfigyelhető jelenségek. A fény elektromágneses hullám.

1. Feladatok a dinamika tárgyköréből

Programozható irányítóberendezések és szenzorrendszerek ZH. Távadók. Érdemjegy

Fa- és Acélszerkezetek I. 5. Előadás Stabilitás I. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

(2) A R. 3. (2) bekezdése helyébe a következő rendelkezés lép: (2) A képviselő-testület az önkormányzat összes kiadását

Szilikonolaj nemlineáris viszkoelasztikus tulajdonságainak mérése és modellezése

7.4. Tömény szuszpenziók vizsgálata

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Villamos kapcsolókészülékek BMEVIVEA336

KULCS_GÉPELEMEKBŐL III.

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Diszperz rendszerek. Kolloid rendszerek. Kolloid rendszerek

Mezőgazdasági környezet károsító szennyvizek reológiájának és kezeléstechnikájának fejlesztése. Zárójelentés 2005

higanytartalom kadmium ólom

Folyadék-gáz, szilárd-gáz folyadék-folyadék és folyadék-szilárd határfelületek. Adszorpció és orientáció a határfelületen. Adszorpció oldatból és

Reológia Mérési technikák

A légzés élettana I.

Emberi ízületek tribológiája

Anyagszerkezet és vizsgálat. 3. Előadás

Miskolci Egyetem Kerpely Antal Anyagtudományok és Technológiák Doktori Iskola. Műanyag ömledékek nagysebességű áramlásának tanulmányozása PhD dolgozat

Ahol az áramtól átjárt vezetőre (vagy mágnestűre) erő hat. A villamos forgógépek, mutatós műszerek működésének alapja

AUTOMATIZÁLT IZOKINETIKUS AEROSOL - PORMINTAVEVŐ MÉRŐKÖR, HORDOZHATÓ BELSŐTÉRI KIVITEL

A MŰSZAKI MECHANIKA TANTÁRGY JAVÍTÓVIZSGA KÖVETELMÉNYEI AUGUSZTUS

Bevezetés A talajok fizikai-mechanikai és technológiai tulajdonságai... 10

VASÚTI PÁLYA DINAMIKÁJA

Reológia, a koherens (nem-koherens) rendszerek tulajdonságai

Térfogatáram mérési módszerek 2.: Térfogatáram mérés csőívben (K)

A kardiovaszkuláris rendszer élettana

A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon

Napenergia hasznosítási lehetőségek összehasonlító elemzése. Mayer Martin János Dr. Dán András

Felületi feszültség és viszkozitás mérése. I. Felületi feszültség mérése. Felületi feszültség mérés és viszkozimetria 2. Fizikai kémia gyakorlat 1

Kötvények és részvények értékelése

Tartószerkezetek I. (Vasbeton szilárdságtan)

A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

KÉRDÉSEK_GÉPELEMEKBŐL_TKK_2016.

DGP. Hátrahúzott vortex járókerék. Általános jellemzők

Bevezetés a lágy számítás módszereibe

Reológia Nagy, Roland, Pannon Egyetem

Természettudomány témakör: Atomok, atommodellek Anyagok, gázok

Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

B1: a tej pufferkapacitását B2: a tej fehérjéinek enzimatikus lebontását B3: a tej kalciumtartalmának meghatározását. B.Q1.A a víz ph-ja = [0,25 pont]

Baumann Mihály adjunktus PTE PMMK

11 kw/715 1/min. 160 kw/ /min. Dr. Emőd István. Zöllner B-220 tip. örvényáramú fékpad 3-fázisú indítómotorral

A projekt címe: Egységesített Jármű- és mobilgépek képzés- és tananyagfejlesztés

MSZ EN MSZ EN

Egységes jelátalakítók

Mi a biomechanika? Mechanika: a testek mozgásával, a testekre ható erőkkel foglalkozó tudományág

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Kooperáció és intelligencia

izotópfrakcion Demény Attila, Kele Sándor, Siklósy Zoltán Geokémiai Kutatóintézet

Matematika III. elıadások

FIZIKAI KÉMIA TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŐSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI TANSZÉK. Fizikai kémia kommunikációs dosszié

Mikrofluidikai és digitális mikrofluidikai alkalmazások Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar

MUNKAGÖDÖR TERVEZÉSE

MAGYAR RÉZPIACI KÖZPONT Budapest, Pf. 62 Telefon , Fax

ozmózis osmosis Egy rendszer termodinamikailag stabilis, ha képződése szabadentalpia csökkenéssel jár, állandó nyomáson és hőmérsékleten.

Tevékenység: Olvassa el a fejezetet! Gyűjtse ki és jegyezze meg a ragasztás előnyeit és a hátrányait! VIDEO (A ragasztás ereje)

2. előadás: További gömbi fogalmak

KLASZTERJELENSÉGEK ÁTMENETIFÉM ALAPÚ, NEM EGYENSÚLYI ÖTVÖZETEK TULAJDONSÁGAIBAN ÉS ÁTALAKULÁSAIBAN. Akadémiai doktori értekezés.

FOLYADÉKOK ÉS GÁZOK MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

3. Térvezérlésű tranzisztorok

A nyugalomban levő levegő fizikai jellemzői. Dr. Lakotár Katalin

Oktatási segédlet REZGÉSCSILLAPÍTÁS. Dr. Jármai Károly, Dr. Farkas József. Miskolci Egyetem


Általános értékelés a mai HS-GC-MS módszerekről

Ipari és vasúti szénkefék

A robbanékony és a gyorserő fejlesztésének elmélete és módszerei

BMEEOHSAT17 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

Földművek gyakorlat. Vasalt talajtámfal tervezése Eurocode szerint

Gravitáció mint entropikus erő

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

A golyók felállítása a Pool-biliárd 8-as játékának felel meg. A golyók átmérıje 57.2 mm. 15 számozott és egy fehér golyó. Az elsı 7 egyszínő, 9-15-ig

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

Reinforced Concrete Structures I. / Vasbetonszerkezetek I. II.


Osztályozó vizsga kérdések. Mechanika. I.félév. 2. Az erőhatás jellege, jelölések, mértékegységek

CELLULOSUM MICROCRISTALLINUM. Mikrokristályos cellulóz

Lendület, lendületmegmaradás

Programozás I gyakorlat

Cél. ] állékonyság növelése

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Födémszerkezetek 2. Zsalupanelok alkalmazása

Repedezett kőzetek szivárgáshidraulikai vizsgálata

SZILÁRDSÁGTAN A minimum teszt kérdései a gépészmérnöki szak egyetemi ágon tanuló hallgatói részére (2004/2005 tavaszi félév, szigorlat)

Tökéletes gázok adiabatikus rev. változásának állapotegyenlete. A standard entalpia hőmérsékletfüggése

Leier árokburkoló elem

Henger körüli áramlás. Henger körüli áramlás. Henger körüli áramlás ρ 2. R z. R z = 2 2. c A. = 4c. c p. = 2c. y/r 1.5.

CELLULOSI PULVIS. Cellulózpor

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 10.

A mérések eredményeit az 1. számú táblázatban tüntettük fel.

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Átírás:

Reológia. Berka Márta Debreceni Egyetem Kolloid és Környezetkémiai Tanszék http://dragon.unideb.hu/~kolloid/ 12. előadás 1

A reológia az anyagok folyását és deformációját tanulmányozza külső feszültségek (erők) hatására. Rheology (a görög, panta rhei = minden folyik, Herakletosz) az anyag deformációjának és folyásának a tudománya. Különböző anyagok eltérően deformálódnak ugyanolyan feszültség alatt. Deformáció a test pontjainak relatív elmozdulása, két típus: 1. Folyás a deformáció irreverzibilis része: amikor a feszültség megszűnése után az anyag nem nyeri vissza az eredeti alakját (a munka hővé alakul). 2. Elasztikus vagy reverzibilis deformáció. (A munkát visszanyerjük és a test felveszi eredeti alakját.) 3 fő fogalom úgymint az erő, a deformáció és az idő 12. előadás 2

Az anyag halmazállapotai Szilárd: megtartja az alakját, nem folyik, rugalmas deformáció Folyadékok : Erő hatására folyik, felveszi az edény alakját. (Folyás: állandó deformációsebesség. ) Az anyag halmazállapota az időskála és az erőhatástól függ. (time scale and the magnitude of exerted forces). Kis erő vagy nagyon rövid idejű hatás rugalmas deformáció. Nagy erők vagy nagyon hosszú idejű erők folyás (hegyek elmozdulása) Közepes idők és erők viscoelasticitás (viscoelastic liquid -liquid like behaviour, viscoelastic solid - solid like behaviour)? Cream, butter, ketchup liquids or solids? Keep their shape if the forces are weaker than cohesive interaction. relaxationtime 1 observationtime >> relaxationtime 1 observationtime relaxationtime << ~1 observationtime Viscous liquid Elastic solids Viscoelasticity 12. előadás 3

Reológia Eugene Bingham 1920. Herakletosz: panta rei Ideálisan rugalmas (elasztikus) anyag ideálisan rugalmas (Hooke- megnyúlási törvény: ε = const*σ e ; relatív megnyúlás (strain) arányos a feszültséggel (stress) Ideálisan viszkózis : Newton-i (viszkózus folyadék) Ideálisan képlékeny (plasztikus) anyagok Viszkoelasztikus anyagok: ez a reológia valódi tárgya empirikus összefüggések az anyag állapota és viszkozitása között Nem Newtoni folyadékok Nem rugalmas anyagok 12. előadás 4

Tökéletesen rugalmas (elasztikus) test F A u d σ ε & ε e e e Hook ideálisan rugalmas testek statikus egyensúlyára = = = F A u d dε dt nyújtási feszültség nyúlási deformáció nyújtási sebesség ε e = konstσ e Akkor tökéletes, ha reverzíbilis ε e = const*σ e, A relatív megnyúlás (strain) arányos a feszültséggel (stress) 12. előadás 5

Nyírás (folyékony anyagra is alkalmazható) ideálisan viszkózus testek, dinamikus azaz stacionárius egyensúly u F A tangenciális d τ = ηd a nyírási feszültség (τ) arányos a sebesség gradienssel F τ = nyíró feszültség A u dx γ = nyírási deformáció d dy dγ dx & γ = nyírási deformáció sebessége dt dydt & γ D = dv/ dy

y=0 z 0 y x=0 Viszkozitás: Newtoni folyadék v 0 v = dx/ dt A felület mozog x irányba v 0 sebességgel F erő hatására állandó deformáció, (azaz folyás v 0 sebességgel ) és ez sebességgradienst hoz létre az y irányban. A Newtoni folyadék (vízszerű folyadék) a nyírási feszültség (τ) arányos a sebesség gradienssel ( shear rate ) amely merőleges a nyírási síkra τ = ηdv / dy = ηd Az arányossági tényező a viszkozitás (a folyással szembeni ellenállás) x F F A dv = η A d y dv = η = τ dy -2 [ η] = N m s & γ D = dv / dy 12. előadás 7

Általános definíciók η η s e nyírófeszültség τ = = sebességgradiens & γ húzó feszültség = = nyúlási sebességgradiens σ e & ε η = τ D & γ D A viszkozitás ellenállás a külső, áramlást előidéző hatással szemben 12. előadás 8

η Viszkozitás-anyagszerkezet τ = = & γ η ( CT,, pt, ) Szerkezet, koncentráció, méret, alak Hőmérséklet Nyomás Idő Nyírási sebesség & γ D 12. előadás 9

Szerkezeti hatás A nem-newtoni folyadék viszkozitása változik a deformáció sebességével. Nincs jól definiált viszkozitása, csak látszólagos. Példák: méz, keményítő-víz, liszt- víz Lassú keverési sebességnél folyadék, gyorsnál szilárd. nyírásra vastagodó (műanyagok. nedves homok, keményitő-viz) nyírásra vékonyodó (festékek) Weissenberg hatás? olaj, méz, tészta? 12. előadás 10 Newtoni folyadék Viszkoelasztikus folyadék

Stacionárius jelenségek Nyírási vékonyodás : szerkezeti viszkozitás v. hígulás csökken a viszkozitás a sebesség gradiens növekedésével.: aggregátumok széttörése a kötött víz szabaddá válása, orientáció Nyírási vastagodás: dilatáns folyadékok ahol eleve kevés víz van, és a szerkezet megtörése után nem lesz közegfilm, krémeknél, cc. keményitő-viz Plasztikusság: plasztikus anyagok folyási határ 12. előadás 11

Időfüggő és irreverzíbilis jelenségek Tixotrópia olyan nyírási vékonyodás ami visszaáll idővel, a hiszterézis jellemzi: polimerek tömény oldata (kigabalyodás, orientáció), agyag, festék Viszkoelasztikus viselkedés deformálódás egy idő után véglegessé válik, és folyási jelenségeket mutat, pl.: üvegolvadék, műanyagok 12. előadás 12

Reológiai mérések Általában a a reológiai méréseket a gyógyszer és kozmetikai iparban a következő okból végezzük: 1) megérteni az anyag alapvető természetét; 2), termékek, alapanyagok, folyamatok (pl keverés, szivattyúzás, csomagolás, töltés) minőség ellenőrzése; 3) Tanulmányozni a különböző paraméterek hatását, pl. tárolási idő, hm., minőségi előírások, szabványok a végtermékre. 12. előadás 13

Ideális viszkózus anyagok Definició: A folyással szembeni ellenállás, amikor egy külső erő hat a fluid mintára A nyirási sebesség arányos a nyirási feszültséggel (erő) Newtoni folyadékok shear stress τ η = viscosity = = shear rate D Pa s η D tg alfa: η τ = ηd τ flow τ, D resistance α β interchangeable plotting β α tg alfa: η τ γ` or D shear rate 12. előadás 14 & γ D = dv / dy D

Ideális plasztikus anyagok Bingham-plasztikus folyadék Ideálisan plasztikus anyag nem igazán létezik τ = τ + η Egy minimum nyirási stressz szükséges a folyáshoz. Mechanikai analóg csúszás egy lejtőn, addig nincs mozgás amig egy értéket (súrlódás) meg nem halad. 0 D Tégla csúszása lejtőn τ τ 0 η = D 12. előadás 15

Nem-Newtoni viselkedés A viszkozitás függ a nyírási sebességtől Mikroszerkezet változása, a legtöbb diszperzió pl a vér is.. η = ( τ ) n D Szerkezeti viszkozitás Dilatancia n<1 Where τ shear stress, η viscosity, γ` or D shear rate n>1 12. előadás 16 Forgási kúp

Nyirásra vékonyodó, szerkezeti viszkózus Az erőhatásra rendeződés, vagy csökkenő ellenállás Az anisometria, flexibilitás, és az idő szerepe! Ugyanaz az anyag más moltömeggel!? ( τ ) n η = n<1 D

Nyirásra vastagodó, dilatáns Az erő hatásra rendezetlenség, vagy növekvő ellenállás Nedves homok Keményitő -viz ( τ ) n η = n>1 D http://video.google.com/videoplay?docid=-4684348427588167444&ei=4jfvstqgi86z-abyhtgrcg&hl=hu#

Tipikus folyás és viszkozitás görbék t 0 yield value. 1 Newtoni folyadékok. 2.Szerkezeti viszkózus, 3. Dilatáns folyadékok, 4. Bingham-plasztikus folyadék, 5. Tixotróp 12. előadás 19

Tixotrópia, folyáshatár, hiszterézis, időfüggés t 0 yield value: folyáshatár. Where τ shear stress, η viscosity, γ` or D shear rate D τ η* = τ τ ( ) D 0 n Laza térháló kártyavár Where τ shear stress, η viscosity, γ` or D shear rate 12. előadás 20

A folyáshatár magyarázata. A gél. Eredő pot. potenciálgát V max >>kt stabil sol sol önálló részecskék =szol gél x távolság Tixotróp gél ~ yield value V sec < 1~2 kt gél sol csapadék 12. előadás 21

Hiszterézis, szerkezeti viszkozitás degradation recovering időfüggés 12. előadás 22

Determination of Yield stress The concept of yield stress, the minimum shear stresses required to cause flow, is only an approximation since this stress value is experimental time dependent. Pseudoplastic or shear thinning fluids, The yield stress is crucial in determining not only their shelf life but also in application for the end user. Yield stresses Ketchup Salad Dressing Lithographic Ink Mayonnaise Skin Cream Hair Gel 15 Pa 30 Pa 40 Pa 100 Pa 110 Pa 135 Pa 12. előadás 23

Látszólagos viszkozitás time concentration Influences on viscosity η* = τ τ ( ) D 0 n If the shear rate changes during an application, the internal structure of the sample will change and the change in stress or viscosity can then be seen. Shape, orientation, attraction between particles 12. előadás 24

Linear polymer solution A thixotropic loop, the region between curves for the increasing and decreasing shear rate ramps folyásgörbe 0.9 1400 0.8 D, s -1 1200 1000 800 600, Pas 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 viszkozitás görbe 400 0.2 200 0.1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 τ, Pa 0.0 0 20 40 60 80 100 120 140 τ, Pa the orientation of the structure s molecules or particles will change to align with the flow direction. Its original orientation can be restored over a period of time after the external force is removed. There is a delay in time for the structure to recover completely -- loop 12. előadás 25

Creams η = τ τ ( ) D 0 n η, Pas 0.3 0.2 0ml 5ml 10ml 15ml D, s - 1 140 120 100 80 60 +water,ml 0ml 5ml 10ml 15ml 0.1 40 20 0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 τ, Pa 0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 τ, Pa Internal structure, concentration 12. előadás 26

Viscosity of dispersion of spherical particles 12. előadás 27

Kis koncentrációnál van elég közeg a részecskék között hogy az anyag folyjon mint egy folyadék. Nagy koncentrációknál, a részecskék nagyobb térfogatot töltenek ki egymásba ütköznek növelve a viszkozitást. Nagyon nagy koncentrációnál a részecskék érintkeznek és a rendszer ugy viselkedik mintha szilárd lenne. A vonzás közöttük legyőzhető töltéssel vagy polimer burkolással. A stabilizáló réteg jelenléte növeli a részecskék effektív térfogatát, és így a viszkozitást az ideálishoz képest. Pálcika alakú részecskék nem pakolhatók olyan hatékonyan mint a gömbök és összekuszálódnak az áramláskor, ezért nagyobb viszkozitásuk van ugyanolyan koncentrációnál. Nem stabil részecskék vonzzák egymást klasztereket képeznek amely csapdába ejti az oldószer egy részét. Ez szintén növeli a koncentrációt növelve a viszkozitást. Ahogyan a klaszterek nőnek térhálót képezhetnek, ez amit gélnek nevezünk. A gél inkább szilárd anyagként viselkedik, nagyon nagy a viszkozitása.

Einstein: Oldatok viszkozitása η= η 0 (1+kφ) k=2,5 φ=v r /V liofób, merev gömbök, melyekhez képest az oldat kontinuum eltérése: pl. spórák, gombák, PS-polymer spheres nem merev, alakja változik nem gömb, orientálódik tömény oldat, koncentráció függés, saját gátlás szolvatáció, töltés, zéta potenciál η = η + η φ+ η φ + 2 0 0k 0 b... 12. előadás 29

Ideal (linear) behaviour if φ< 0.1 More example η r Macromolecular solutions, non-ideal ηr = + kφ+ k φ + 2 1 1 2... φ or concentration IEP ph η spec = η 1 r η spec c 2 [ η] kc kc = + 2 + 2... Gelatin, random coil in IEP 250 200 η spec /c ηspec 1 limc 0 = [ η] = 2.5 c ρ c 150 ρ c coil density 100 50 ln η rel /c a [ η ] = KM 0 0 0.02 0.04 0.06 c, g/ml K constants, M molar mass 12. előadás 30

Rotációs viszkoziméter nyírási sebesség gradiens dv R = ω dr d kθ R η = 2π Rhω A rotációs viszkoziméterben két koaxiális (koncentrikus) henger közötti résben helyezkedik el a vizsgálandó anyag. A külső henger rögzített, a belső különböző szögsebességgel forgatható. A vizsgálandó anyag a henger forgásával szemben viszkozitásával arányos súrlódási erőt fejt ki, a henger forgatásához jól mérhet forgatónyomaték szükséges. http://www.chem.elte.hu/departments/kolloid/personnel/hj/mtech2-viszk.pdf http://www.physics.kee.hu/jegyzet/reotest.html 12. előadás 31

Hidrogél: a bemutatott minta kb 5% PVA és 5% bórax plasztikus Dilatáns, szilárd viszkózus elasztikus http://nepszerukemia.elte.hu/alkimia_szalayr.pdf Keményítő dilatáns http://www.youtube.com/watch?v=f2xq97xhjvw&feature=related 12. előadás 32

Ajánlott videók http://www.youtube.com/watch?v=npzzlgkjs0i http://www.youtube.com/watch?v=qfhw6i_ubqg&nr=1 http://www.youtube.com/watch?v=3zotkxxnqiu&nr=1&feature=fvwp http://www.youtube.com/watch?v=s5sgiws5l6i http://media.efluids.com/galleries/complex?medium=56 http://www.youtube.com/watch?v=f2xq97xhjvw http://media.efluids.com/galleries/complex?medium=593 http://media.efluids.com/galleries/complex?medium=1 http://www.youtube.com/watch?v=uu7iuj98frq http://www.youtube.com/watch?v=wmux-1o3lzs 12. előadás 33