ГОСТ Р ИСО 6388-93

Группа Л29

     
     
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЕЩЕСТВА ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ

Определение характеристик текучести с помощью ротационного вискозиметра

Surface active agents. Determination of flow properties using a rotational viscometer

ОКСТУ 2409

Дата введения 1994-07-01

     
     
Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН И ВНЕСЕН ТК 193 "Кислоты жирные синтетические, высшие жирные спирты, поверхностно-активные вещества

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 19.05.93 N 144

3 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения аутентичного текста международного стандарта ИСО 6388-89* "Вещества поверхностно-активные. Определение характеристик текучести с помощью ротационного вискозиметра"
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru. - Примечание изготовителя базы данных.

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 НАЗНАЧЕНИЕ

1 НАЗНАЧЕНИЕ

Настоящий стандарт описывает метод, характеризующий свойства текучести нетвердых поверхностно-активных веществ (ПАВ), либо одних, либо в виде смесей, а также продуктов, состоящих в основном из поверхностно-активных веществ, используя коаксиальный цилиндр, воронку и плоскость или двойную воронку, ротационный цилиндр и т.д.

Примечание - В реологическом поведении системы, содержащей ПАВ, часто наблюдаются аномалии. Это, главным образом, происходит из-за тенденции молекул ПАВ к ассоциации. Реологическое поведение в основном является функцией природы и концентрации ПАВ. Небольшие изменения температуры, концентрации неорганических солей, а также наличие других веществ могут повлиять на реологическое поведение ПАВ, даже иногда может измениться сам тип реологии. Метод, описанный в настоящем стандарте, учитывает все эти факторы. Что касается специальных ПАВ, то могут быть использованы и другие методы для определения. Для ньютоновских, систем, например, можно использовать ГОСТ 33 и ГОСТ 10722, которые в данном случае являются наиболее точными.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 33-82. Нефтепродукты. Метод определения кинематической и расчет динамической вязкости

ГОСТ 2517-85. Нефтепродукты. Метод отбора проб

ГОСТ 10722-76. Каучуки и резиновые смеси. Метод определения вязкости и способности к преждевременной вулканизации

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

3.1 Общие сведения

Динамическая вязкость жидкости в паскаль-секундах, находящейся между двумя параллельными плоскостями, одна из которых движется в своей собственной плоскости прямолинейно и равномерно относительно другой, определяется уравнением Ньютона

, (1)

где - напряжение сдвига;

- скорость сдвига, которую рассчитывают по уравнению:

, (2)

где - скорость сдвига одной плоскости относительно другой;

- координата, перпендикулярная к обеим плоскостям.

Примечание - Продукты, для которых вязкость является независимой от скорости сдвига, при которой проводят измерения, имеют ньютоновское поведение и называются "ньютоновскими". Другие - имеют неньютоновское поведение и называются "неньютоновскими".


Кажущаяся вязкость неньютоновского продукта представляет собой отношение полученного напряжения сдвига к применяемой скорости сдвига.

Значения кажущейся вязкости, функции скорости сдвига - зависят от термического и реологического гистерезиса образца в аппарате.

Размерность вязкости , а в Международной системе единиц (СИ) - единица вязкости равна ньютон·секунда на квадратный метр (н·с/м) или паскаль-секунда (Па·с) .
________________

1 Н·с/м=1 Па·с=10 сП (сантипуаз),

1 м·Н·с/м=1 м·Па·с=1 сП (сантипуаз).

3.2 Реологическое явление (см. рисунки 1 и 2)

Примечание - Реологическое явление описано для определенного напряжения сдвига.

3.2.1 Псевдопластичность - это ослабление без гистерезиса кажущейся вязкости с повышением скорости сдвига при изотермических и обратимых условиях.

3.2.2 Дилатанция - это повышение кажущейся вязкости с повышением скорости сдвига при изотермических и обратимых условиях и без гистерезиса.

3.2.3 Вязкость в зависимости от времени

При обратимых и изотермических условиях наблюдается изменение кажущейся вязкости потока с постоянной скоростью сдвига.

3.2.3.1 Тиксотропия - снижение вязкости или консистенции вовремя сдвига при изотермических и обратимых условиях от вязкости или консистенции в состоянии покоя (сразу после начала сдвига) до конечного значения (в зависимости от скорости сдвига).

Когда наблюдается прерывность сдвига, то вязкость или консистенция в состоянии покоя должна быть повторно установлена в течение определенного времени, которое называется "временем восстановления тиксотропии".

3.2.3.2 Реопексия - явление, при котором время восстановления тиксотропии после прерывания относительно высокой скорости сдвига, уменьшается при использовании небольшой скорости сдвига.

3.2.3.3 Антитиксотропия - повышение вязкости или консистенции во время сдвига при изотермических и обратимых условиях от вязкости или консистенции в состоянии покоя (сразу же после начала сдвига) до конечного значения (в зависимости от скорости сдвига).

Когда сдвиг прерывается, вязкость в состоянии покоя должна быть повторно установлена в течение определенного времени, которое называется "временем восстановления тиксотропии".

3.2.3.4 Реологический гистерезис. Если скорость сдвига при изотермических и обратимых условиях возрастает линейно относительно времени от нуля до максимального значения (верхняя кривая) и затем снижается таким же образом (нижняя кривая), то скорость сдвига на диаграмме представляет собой петлю гистерезиса, которая используется для выявления и характеристики тиксотропии или антитиксотропии.

3.2.4 Пластичность

Пластичное вещество ведет себя, как эластичное тело, если его подвергают напряжению до значения менее критического, - "напряжение пластического течения". Выше этого предельного значения наблюдается обтекание тела. Когда функция ( - скорость сдвига) для - представлена прямой линией, вещество называют пластичным веществом (телом) Бингхема).

4 СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Свойства потока ньютоновского или неньютоновского опытного образца определяют с помощью стандартизованного ротационного вискозиметра который позволяет одновременно установить скорость сдвига для ньютоновских продуктов, а также измерить различные видимые скорости сдвига, используемые в процессе определения для неньютоновских продуктов.
________________
Существуют два типа вискозиметров: один, когда напряжение сдвига определяется при постоянной скорости сдвига (постоянное число оборотов), в данном случае результаты определения представлены в виде графика функции (см. рисунки 1 и 2), другой - когда скорость сдвига определяют при постоянном напряжении сдвига, в данном случае результаты определения представлены в виде графика функции (см. рисунки 1 и 2). Наиболее часто применяется первый тип, и данный тип вискозиметра описан в настоящем стандарте.

5 ЭТАЛОННЫЕ ВЕЩЕСТВА

Ньютоновские жидкости должны быть использованы в качестве эталонных веществ.

6 АППАРАТУРА

6.1 Вискозиметры с коаксиальными цилиндрами, конусом и пластинкой, двойным конусом или комбинация этих двух типов со следующими спецификациями.

6.1.1 Что касается вискозиметров с коаксиальными цилиндрами, наружный и внутренний диаметры цилиндров (статор и ротор) и соответственно должны быть такими, чтобы значение отношения было как можно меньше и, предпочтительно, меньше или равно 1,10 и ни в коем случае не более 1,50.

Если отношение имеет значение более 1,10, то это должно быть указано в протоколе испытаний и, по возможности, должны быть сделаны поправки, которые также необходимо указать в протоколе испытаний.
________________
Формулы поправки обычно указывают изготовители аппаратуры.


Кроме того, если в аппарат не входит геометрическое устройство (коническое основание и расположенное выше охранное кольцо) для поправки краевого эффекта, то должно быть учтено дополнительное требование:

, (3)

где - высота внутреннего цилиндра.

Рисунок 1 - Типичные графики текучести для систем при постоянном напряжении [D=f(r)] и систем при постоянной скорости сдвига [r=f(D)]

Примечание - Эти графики предназначены для более точного представления явления.

Рисунок 1 - Типичные графики текучести для систем при постоянном напряжении и систем при постоянной скорости сдвига .

Рисунок 2 - Изображение кривой гистерезиса для продукта, на реологическое поведение которого сильно влияет длительность приложения сдвига

Рисунок 2 - Изображение кривой гистерезиса для продукта, на реологическое поведение которого сильно влияет длительность приложения сдвига.

Примечание - Эти графики предназначены для более точного представления явления.

6.1.2 Если речь идет о вискозиметрах с конусом и пластинкой или двойным конусом, то угол , образованный полученной линией конуса и пластинкой или полученными линиями двух конусов, должен быть как можно меньше и, предпочтительно, меньше или равен 1° и ни в коем случае ни больше 4°. Если же угол больше 1°, то это должно быть указано в протоколе испытаний, и по возможности, должны быть сделаны поправки, которые также должны быть указаны в протоколе испытаний.
________________
Формулы поправки обычно указывают изготовители аппаратуры.

6.1.3 Что касается вискозиметров, комбинирующих два предыдущих принципа, то должно быть учтено каждое из особенностей, если только одно из устройств не вносит очень малый вклад и что может рассматриваться, как поправка.

6.1.4 Прибор должен во всех случаях использовать различное число оборотов.

Точность его должна быть 2% от общего диапазона шкалы для измерения вязкости и для каждой комбинации ротора, статopa и частоты вращения.

Предельное значение вязкости и скорость сдвига, которую прибор может установить, должны соответствовать установленным.

Примечание - При использовании различных статоров, роторов и методик скорости вращения большая часть промышленных приборов позволяет определить вязкость в пределах, по крайней мере 10 Па·с - 10 Па·с (10 сПз - 10 сПз).


Скорости сдвига, полученные на различных приборах, сильно отличаются.

Установка и калибровка приборов обычно осуществляется предприятием-изготовителем.

Рекомендуется установку и калибровку приборов повторять время от времени, используя жидкости с известной вязкостью.

6.2 Вискозиметры с измерительными системами, не имеющие определенной геометрии (пластинки, Т-форма и т.д.).

6.3 Термостатически регулируемые бани, в которых исследуемый продукт доводится и поддерживается при температуре испытания (обычно 23°С) с точностью до 0,2°С.

Допустимое отклонение ±0,2°С применимо для температур в пределах 0°С - 50°С. Однако для более точного измерения и в обычном диапазоне температур может потребляться меньшее допустимое отклонение (например ±0,1°С).

Следует отметить, что в случае, когда скорость сдвига высока, процесс измерения сам вызывает нагрев образца, поэтому необходимо это учесть, применяя, например, коррекцию (часто указываемую изготовителем вискозиметра).

Примечание - Обычно применяемые в промышленности вискозиметры включают встроенное термостатическое устройство.

7 ОТБОР ОБРАЗЦА

Лабораторный образец поверхностно-активных веществ готовят и хранят в соответствии с требованиями ГОСТ 2517.

8 ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

8.1 Образец для испытаний

Образец для испытаний осторожно отбирают из гомогенизированного лабораторного образца (раздел 7), проверяя при этом отсутствие пузырьков воздуха.

Примечания:

1 Когда имеют дело с продуктами, которые способны разделяться на две фазы в определенном диапазоне температур, определение необходимо проводить за пределами данного диапазона.

2 В случае применения других продуктов с изменяемыми свойствами в зависимости от времени следует убедиться, что процессы обработки (включая нагрев), которым подвергаются продукты, всегда идентичны и указаны в протоколе испытаний.

8.2 Определение

8.2.1 Образец для испытаний (8.1) помещают в термостатированный измерительный сосуд и устанавливают выбранную для определения температуру. Затем вставляют коаксиальный измерительный цилиндр или любое другое выбранное устройство в измерительный сосуд. Запускают прибор при постоянной частоте вращения и измеряют момент приложенной пары сил (вращающий момент).

На том же образце проводят несколько измерений и повторяют определения при различных скоростях сдвига вискозиметра.

8.2.2 Когда используют приборы с каоксиальными цилиндрами, радиальное распределение напряжения сдвига , в пределах зазора между коаксиальными цилиндрами, вычисляют по формуле

, (4)

где - момент приложения пары сил;

- длина промежутка между коаксиальными цилиндрами;

- радиус.

Напряжение сдвига на стенках внутреннего и наружного цилиндров и соответственно вычисляют по формулам:

; (5) и

, (6)

где и - имеют такие же значения, как и в предыдущих измерениях;

- диаметр внутреннего цилиндра;

- диаметр наружного цилиндра.

8.2.2.1 Определение ньютоновских продуктов

Что касается измерений на ньютоновских продуктах, то скорость сдвига рассчитывают умножением частоты вращения цилиндра на коэффициент, значение которого устанавливается изготовителем прибора. В сущности рассчитывают скорость сдвига на о стенке цилиндра, где также измеряют вращающий момент.

Теоретически скорость сдвига определяют по формулам:

; (7) и

, (8)

где и - скорости сдвига в обратных секундах на внутреннем и наружном цилиндре, соответственно;

- частота вращения ротора в минуту;

и - имеют такие значения, как и раньше.

Примечание - При использовании формул (7) и (8), не имеет значения, какой из двух цилиндров действительно вращается.

8.2.2.2 Измерения неньютоновских продуктов

В случае измерения на неньютоновских продуктах скорость сдвига на стенке движущейся части прибора не может быть рассчитана умножением частоты вращения цилиндра на коэффициент для ньютоновских тел.

В этом случае полученное значение соответствует "кажущейся скорости сдвига", .

Отношение между и или - выражено кривой "кажущейся текучести" (или мобильности). Отношение или соответствует кажущейся вязкости.

Примечания:

1 Если отношение - менее или равно 1,10, то для ньютоновских - жидкостей различия между , и - незначительны. Вязкость может быть рассмотрена как кажущаяся вязкость , т.е. не наблюдается заметного различия между реологическим поведением и кажущейся реологической кривой.

2 В случае неньютоновской жидкости или, если отношение - больше 1,10 для коаксильной системы или даже намного больше в случае использования прибора неопределенной геометрии, то частота вращения () ротора может быть использована вместо . Сравнение этих кривых с кривыми в качестве функции или не представляется возможным.

8.3 Калибровка

Применяют метод с эталонными веществами (раздел 5).

Измеряют вязкость каждого из этих веществ. Используют эталонное вещество для каждого прибора.

Кривую, представляющую , как функцию , обязательно проводят через начало отсчета. Для приборов с неопределенной геометрией кривая калибровки должна быть прямой линией, проходящей через начало отсчета, независимо от размерностей на координатных осях.

9 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

9.1 Результаты предпочтительно должны быть даны в виде кривой потока как функции или или в виде диаграммы или таблицы, представляющей кажущуюся вязкость как функцию или .

9.2 Результаты, полученные с применением приборов неопределенной геометрии, обычно представляются в виде кривой со значениями по оси абсцисс и со значениями кажущейся вязкости, соответствующими частоте вращения по оси ординат:

, (9)

где - момент пары сил (или любое другое значение, пропорциональное этому);

- частота вращения ротора;

- константа.

Константу калибровки определяют заранее, измеряя для ньютоновского эталонного вещества известной вязкости .

9.3 Когда определения проводят на пластичном теле, обычно устанавливают предел текучести , если известно точное значение.
________________
Большинство ротационных вискозиметров снабжены устройствами, которые позволяют точно определять предел текучести.

9.4 При определении гистерезиса на тиксотропных или антитиксотропных продуктах необходимо установить программу сдвига и способ работы с продуктом.

Примечание - Реологическая кривая и кажущаяся вязкость зависят также от геометрии используемого тела, имеет ли прибор определенную геометрию или нет. Кривые могут сравниваться с другими только в том случае, если они получены с применением одного и того же типа прибора.


Из-за слоистности состава большое количество концентрированных растворов или паст дают неодинаковые результаты при каждом определении. На практике бывает трудно определить методы получения воспроизводимых образцов.

Таким образом, полученная информация относится только к аспектам кривых, которые могут быть нанесены на график и не представляется возможным сделать выводы относительно реологии данной системы.

Следует отметить, что на реологическое поведение большого числа ПАВ влияет присутствие небольшого количества примесей, электролитов, растворителей, гидрофобных агентов, а также колебания температур.

9.5. Точность полученных измерений, в частности, зависит от характеристик потока.

Кроме того, наблюдается воздействие образца, программы сдвига и используемой системы измерения. Поэтому в каждом конкретном случае должна быть указана требуемая точность.

10 ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

Протокол испытаний должен включать следующую информацию:

а) всю информацию, необходимую для полной идентификации образца;

б) ссылку на применяемый метод (ссылку на настоящий стандарт);

в) полученные результаты, а также единицы, в которых они выражаются;

г) условия испытания:

- данные о гомогенности образца;

- описание испытуемого образца и приготовление образца (особенно, когда влияние оказывает длительность наблюдения сдвига);

- температура испытания;

- система измерения с используемыми узлами, отношение диаметров цилиндров и величина зазора между ними;

- программа сдвига, количество положений переключателя, частота вращения, время, необходимое для измерения при каждом положении, общее время сдвига;

д) все операции, не предусмотренные настоящим стандартом или необязательные, а также все явления, которые могут повлиять на результаты.

УДК 661.185.001.4:006.354	Л29
Ключевые слова: поверхностно-активные вещества, вискозиметр, текучесть, вязкость, тиксотропия, реопексия, пластичность, гистерезис, дилатанция
ОКСТУ 2409