دراسة استجابة متذبذبة القص السعة الكبيرة من مواد لينة

وتستخدم حلول البوليمر تتركز في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية أساسا لزيادة اللزوجة، بما في ذلك في الأطعمة¹ و المنتجات الاستهلاكية²، المعزز للنفط الانتعاش³، و إصلاح التربة⁴. أثناء تجهيزها واستخدامها، بالضرورة أنهم يتعرضون لتشوهات كبيرة أكثر من مجموعة من الجداول الزمنية. تحت مثل هذه العمليات، فإنها تظهر السلوكيات انسيابية غير الخطية الغنية والمعقدة التي تعتمد على تدفق أو تشوه شروط¹. فهم هذه السلوكيات انسيابية غير الخطية المعقدة أمر ضروري لنجاح السيطرة على العمليات، وتصميم منتجات متفوقة، وتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في استخدام الطاقة. وبصرف النظر عن أهمية صناعية، وهناك قدر كبير من الاهتمام الأكاديمي بفهم السلوكيات انسيابية المواد البوليمرية بعيدة عن التوازن.

اختبارات القص متذبذبة مكون أساسية لكل توصيف دقيق انسيابية بسبب تطبيق متعامد من إجهاد وإجهاد معدل⁵، والقدرة على التحكم بشكل مستقل بطول والوقت جداول بروبيد بضبط السعة والتردد. يمكن متحللة إجهاد استجابة لإجهادات القص متذبذبة السعة الصغيرة، التي صغيرة بما فيه الكفاية لا تخل بالهيكل الداخلي لمادة، إلى عناصر في المرحلة مع الإجهاد وفي مرحلة مع معدل الإجهاد. معاملات المكونات في المرحلة مع الضغط ومعدل الإجهاد هي يشار إليها بواقي دينامية^6،7، وعلى حدة كمعامل التخزين، ، ومعامل الكسب، . بواقي دينامية تؤدي إلى مسح تفسيرات مرنة ولزج. التفسيرات التي تستند إلى هذه بواقي دينامية غير صالحة فقط من أجل ستريك سلالة صغيرة، حيث تكون استجابات الإجهاد للجسيمات جيبية جيبية أيضا. هذا النظام هو يشار عموما إلى القص متذبذبة السعة الصغيرة (ساوس)، أو على النظام الخطي لزج مطاطي. كما تشوه المفروضة يصبح أكبر، فعل التغييرات في المواد المجهرية، التي تنعكس في تعقيد استجابات الإجهاد عابر غير الجيبية⁸. بمثابة بواقي ديناميكية في هذا النظام غير الخطية رهيولوجيكالي، الذي يحاكي عن كثب أكثر شروط الاستخدام التجهيز والاستهلاك الصناعي، وصف الفقراء للاستجابة. هناك طريقة أخرى لفهم كيف تتصرف المواد اللينة مركزة من التوازن مطلوب لذلك.

وقد أظهر عدد من الأخيرة دراسات^{9،10،11،،}من^1213،،من^1415،16 أن المواد التي يمر وأثارت التغيرات الهيكلية والديناميكية المتنوعة داخل دورة بتشوهات أكبر في السعة المتوسطة متذبذبة القص (ماوس)^15،17 والسعة الكبيرة متذبذبة القص النظم (لاوس). التغييرات الهيكلية والديناميكية داخل دورة لها مظاهر مختلفة، مثل الكسر المجهرية وتباين الهيكلية، وترتيبات جديدة محلية، والإصلاح والتغييرات في الانتشارية. هذه التغيرات الجسدية داخل دورة في النظام غير الخطية تؤدي إلى استجابات الإجهاد غير الخطية المعقدة التي لا يمكن تفسيرها ببساطة مع بواقي ديناميكية. وكبديل لذلك، وقد اقترحت عدة نهج لتفسير استجابات الإجهاد غير الخطية. الأمثلة الشائعة لهذا هي فورييه تحويل ريولوجيا (ريولوجيا متر)¹⁸و توسعات سلسلة الطاقة¹¹و وصف Chebyshev¹⁹وتسلسل العمليات الفيزيائية (SPP)^{5،8، 13،،}من¹⁴²⁰ التحليل. على الرغم من أن كل من هذه التقنيات قد أظهرت أن تكون رياضيا قوية، إلا أنها لا تزال دون إجابة سؤال فيما يتعلق بما إذا كان أي من هذه التقنيات يمكن أن توفر تفسيرات مادية واضحة ومعقولة من الردود غير الخطية الإجهاد متذبذبة. فإنه لا يزال يشكل تحديا معلقة لتقديم تفسيرات موجزة انسيابية البيانات التي ترتبط بالتدابير الهيكلية والديناميكية.

في دراسة أجريت مؤخرا، وقد تم تحليل استجابة الإجهاد غير الخطية النموذجي ريولوجيا زجاجي الناعمة (SGR)⁸ وزجاج ناعمة المصنوعة من البوليمرات نجمة الغروية⁷تحت القص متذبذبة من خلال مخطط SPP. التغيرات الزمنية في خصائص مرنة ولزج المتأصلة في استجابات الإجهاد غير الخطية كانت كمياً بشكل منفصل ببواقي SPP، و . وعلاوة على ذلك، دقة مرتبطة ارتباطاً الانتقال انسيابية ممثلة ببواقي عابر بالتغييرات ميكروستروكتورال ممثلة بتوزيع العناصر mesoscopic. في دراسة نموذجية SGR⁸، أنه كان أظهرت بوضوح أن تفسير انسيابية عبر مخطط SPP يعكس بدقة التغيرات الجسدية تحت جميع الظروف القص متذبذبة في الأنظمة الخطية وغير الخطية للنظارات الناعمة. يجعل هذا إمكانية فريدة لتقديم تفسير المادية دقيقة للردود غير الخطية من النظارات الناعمة الأسلوب SPP نهج جذابة للباحثين الذين يدرسون خارج من توازن القوى المحركة لحلول البوليمر وغيرها من المواد الناعمة.

مخطط SPP يتمحور حول عرض السلوكيات انسيابية كالتي تحدث في الفضاء ثلاثي الأبعاد () التي تتكون من السلالة ()، معدل الضغط ()، والإجهاد ()⁵. في إحساس رياضية، تعامل الردود الإجهاد كوظائف متعددة المتغيرات السلالة ومعدل الإجهاد (). كما يعتبر السلوك انسيابية كمسار في (أو دالة متعدد المتغيرات)، أداة لمناقشة خصائص مسار مطلوب. في نهج SPP، بواقي عابر و القيام بهذا دور. معامل مرونة عابر ومعامل اللزوجة تم تعريفها كالمشتقات الجزئية من التوتر فيما يتعلق بالسلالة () ومعدل الإجهاد (). بعد تعريف المادية بواقي مطاطا ولزج التفاضلية، بواقي عابر كمياً لحظية تأثير الضغط ومعدل الضغط على استجابة الإجهاد على التوالي، بينما أساليب التحليل الأخرى لا يمكن تقديم أي معلومات عن خصائص مرنة ولزج بشكل منفصل.

النهج SPP الذي يثري تفسير اختبارات القص متذبذبة. مع تحليل SPP، يمكن سلوك انسيابية غير الخطية المعقدة تتركز الحلول البوليمرية في لاوس ارتباطاً مباشرا بالسلوكيات انسيابية الخطي في سوس. نعرض في هذا العمل كيف معامل مرونة عابر الحد الأقصى (_{كحد أقصى}) القرب من السلالة يناظر القصوى معامل التخزين في النظام الخطي (ساوس). وعلاوة على ذلك، نعرض كيف معامل اللزوجة عابرة () خلال لاوس دورة آثار منحنى التدفق حالة ثابتة. بالإضافة إلى توفير تفاصيل عن تسلسل العمليات التي تتركز حلول البوليمر مجمع تذهب من خلال إطار لاوس، مخطط SPP يقدم معلومات عن سلالة القابلة للاسترداد في المواد أيضا. هذه المعلومات التي لا يمكن الحصول عليها من خلال نهوج أخرى، تدبير مفيد لكمية مواد سوف نكص بمجرد إزالة الإجهاد. مثل هذا السلوك له تأثير على برينتابيليتي تتركز الحلول لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد، فضلا عن طباعة الشاشة وتشكيل الألياف، ووقف تدفق. عدد من الدراسات التي أجريت مؤخرا^5،،من⁸¹³ تشير بوضوح إلى أن سلالة القابلة للاسترداد ليست بالضرورة نفس السلالة فرضت أثناء تجارب لاوس. على سبيل المثال، وجدت دراسة النظارات الغروية لينة تحت لاوس¹³ أن سلالة القابلة للاسترداد هو 5% فقط عند كثير مجموع أكبر سلالة (420%) هو المفروض. دراسات أخرى تختتم^{16،21،22،،}من²³²⁴ استخدام معامل قفص²¹ أيضا أن مرونة خطية يمكن ملاحظتها في لاوس في النقطة إغلاق لسلالة ماكسيما، مما يعني أن المواد التي شهدت تشوه صغير نسبيا في تلك إينستانتس. مخطط SPP هو الإطار الوحيد لفهم لاوس تمثل تحولاً في توازن الضغط الذي يؤدي إلى اختلاف بين القابلة للاسترداد وسلالات مجموع.

هذا المقال يهدف إلى تيسير التفاهمات وسهولة استخدام أسلوب التحليل SPP ينص بروتوكول مفصلة مجانية تحليل لاوس، باستخدام حلول البوليمر تتركز اثنين و 4 wt % صمغ زنتان (XG) محلول مائي % wt 5 مكتب الأخلاقيات المهنية في حل [دمس]. ويتم اختيار هذه النظم بسبب بهم طائفة واسعة من التطبيقات ومثيرة للاهتمام رهيولوجيكالي خصائص. زنتان الصمغ، طبيعية عالية الوزن الجزيئي السكاريد، استقرار فعالة بشكل استثنائي للنظم المائية وتطبق عادة كغذاء مضافة توفير فيسكوسيفيكيشن المطلوب أو في حفر آبار لزيادة اللزوجة وتعطي النقاط للنفط الحفر الأطيان. مكتب الأخلاقيات المهنية له خاصية ماء فريدة من نوعها، وكثيراً ما يستخدم في المنتجات الصيدلانية ونظم الإفراج التي تسيطر عليها، فضلا عن أنشطة إصلاح التربة. ويتم اختبار هذه النظم البوليمرية ظروف القص متذبذبة المختلفة التي تهدف إلى تقريب التجهيز والنقل وظروف الاستخدام النهائي. على الرغم من أن هذه الظروف العملية قد لا تشمل بالضرورة عكس تدفق كما هو الحال في القص متذبذبة، مجال التدفق يمكن الاقتراب منها بسهولة وضبطها مع عنصر تحكم مستقلة من التطبيقية السعة وفرض التردد في إجراء اختبار متذبذبة. وعلاوة على ذلك، نظام SPP يمكن استخدامها كما هو موضح هنا لفهم طائفة واسعة من أنواع التدفق، بما في ذلك تلك التي لا تشمل تدفق الانتكاسات مثل اقترح مؤخرا UD-لاوس²⁵، التي تطبق فيها ذبذبات السعة الكبيرة في أحد الاتجاه فقط (مما يؤدي إلى لقب “أحادية الاتجاه لاوس”). للبساطة، وعلى سبيل التوضيح، يمكننا تقييد الدراسة الحالية إلى لاوس التقليدية، التي تشمل عكس التدفق الدوري. ويتم تحليل الردود انسيابية المقاسة مع النهج SPP. نحن لشرح كيفية استخدام برنامج SPP مع شرح بسيط على حساب أبرز الخطوات لتحسين فهم القراء والاستخدام. هو عرض وسيلة إيضاح لتفسير نتائج التحليل SPP، طبقاً للذي هو تحديد نوع الانتقال انسيابية. يتم عرض نتائج التحليل SPP الممثل للبوليمرات اثنين القص متذبذبة في ظروف مختلفة، التي نحن تحدد بوضوح تسلسل العمليات الفيزيائية التي تحتوي على المعلومات المتعلقة الخطية لزج مطاطي استجابة بالمواد، وكذلك خصائص تدفق حالة ثابتة من المواد.

يوفر هذا البروتوكول التفاصيل البارزة لكيفية دقة إجراء تجارب انسيابية غير الخطية، فضلا عن خطوة بخطوة دليل لتحليل وفهم استجابات انسيابية مع إطار SPP، كما هو مبين في الشكل 1. نبدأ بتوفير مدخل إلى إعداد صك ومعايرات، متبوعاً بأوامر محددة لجعل رهيوميتير متوفرة تجارياً جمع بيانات عالية الجودة عابرة. مرة واحدة وقد تم الحصول على البيانات انسيابية، نقدم مجانية تحليل SPP، مع دليل مفصل. علاوة على ذلك، ونحن نناقش كيفية فهم الاستجابة تعتمد على الوقت من الحلين البوليمر تتركز داخل المخطط SPP، بمقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من لاوس باكتساح خطي نظام التردد ومنحني التدفق حالة ثابتة. هذه النتائج تبين بوضوح أن حلول البوليمر الانتقال بين الدول انسيابية مميزة داخل التذبذب، تسمح بصورة أكثر تفصيلاً لما ريولوجيا عابر غير الخطية للظهور. هذه البيانات يمكن أن تستخدم لتحسين ظروف التجهيز لتكوين المنتج، والنقل، واستخدامها. هذه الاستجابات تعتمد على الوقت كذلك توفير المسارات المحتملة لوضوح النموذج علاقات هيكل الملكية-تجهيز باقتران ريولوجيا مع ميكروستروكتورال المعلومات التي تم الحصول عليها من تشتت الزاوية الصغير من النيوترونات، والأشعة السينية، أو الخفيفة ( بلا ساكسس وقرضا، على التوالي)، الفحص المجهري، أو المحاكاة مفصلة.