Reologia [3] - știința fluxului - studiază relația dintre deformarea materialului, rata tulpinii și stresul.
Există materiale pentru care relația dintre aceste trei cantități este simplă. Acestea includ, de exemplu, lichide individuale și soluții reale. Dacă un astfel de lichid umple spațiul dintre cele două plăci (Fig. 13), dintre care una se deplasează cu o viteză constantă Vb, iar al doilea montabil pentru staționare, apoi stratul de fluid localizat la suprafața primei plăci Prin direct-guvernamental, este interesat și se mută cu aceeași viteză V1. Un strat de lichid la suprafața celei de a doua plăci staționare va fi menținut de acesta și va rămâne staționar. Restul lichidului va fi în mișcare, viteza căreia scade din strat. la nivelul stratului până la distanța de la placa mobilă. În acest caz, gradientul vitezei de forfecare, adică modificarea vitezei fluxului de fluid de la strat la strat într-o direcție perpendiculară pe flux, va fi egală:
Aici, 1/1 și V2 sunt vitezele mișcării plăcilor (în cazul de față, 1 ^ 2 = 0); d este distanța dintre plăci.
Este evident din ecuația dată că gradientul vitezei de forfecare în decalaj va rămâne constant până când diferența dintre vitezele mișcării plăcilor sau distanța dintre ele rămâne neschimbată. Viteza de deplasare a plăcii este determinată de mărimea efortului de forfecare aplicat acesteia. Dacă se aplică o tensiune mai mare de forfecare pe placă, atunci alte lucruri fiind egale, gradientul vitezei de forfecare în spațiu crește.
În cazul unui fluid ideal între efortul de forfecare P și gradientul de viteză e, există o dependență direct proporțională:
Fig. 13. Determinarea gradientului de viteză
Coeficientul de proporționalitate se numește coeficientul de frecare sau vâscozitate internă. Valoarea sa este constantă pentru un lichid dat și la o temperatură constantă nu depinde de condițiile în care este localizat lichidul. Multe fluide individuale și soluții adevărate respectă ecuația lui Newton dată mai sus.
Cu toate acestea, comportamentul majorității materialelor utilizate în industrie (inclusiv cernelurile tipografice) nu face obiectul prezentei legi. În condiții reale pentru aceste materiale, dependența dintre vâscozitate și viteza de forfecare este caracteristică. Principalul motiv al comportamentului anormal al majorității materialelor în condiții reale este capacitatea lor de a structura o reorientare.
Structurarea soluțiilor coloidale și a suspensiilor este rezultatul acțiunii forțelor de contact, care se manifestă atunci când particulele intră în contact, de exemplu forțele van der Waals, forțele Coulomb. Aceste forțe sunt generate pe suprafața particulei, datorită faptului că starea unui atom în rețeaua cristalină pe suprafață diferită de cea a aceluiași atom în interiorul ei că nu toate forțele moleculare compensate. Aceste forțe acționează nu numai asupra particulelor, ci și asupra mediului lichid care umple spațiul dintre ele. Pe de o parte, aceste forțe, aducând laolaltă particulele tind să se deplaseze stratul de lichid, iar celălalt - sub efectul acelorași forțe porțiunea lichidă este adsorbit pe suprafața în particule care formează o margine - strat (solvatare shell) care slăbește interacțiunea dintre particule. Coliziuni ale particulelor, care sunt, de exemplu, rezultatul mișcării lor termice, pot conduce la interacțiunea particulelor cu formarea unor rețele spațiale dezordonate. Aplicarea presiunii ha traducerilor în astfel de sisteme este, pe de o parte, degradarea acestor rețele, iar celălalt - formarea de noi contacte prin creșterea numărului de coliziuni la forfecare. La rate foarte mici de forfecare, poate exista un echilibru între aceste două procese. Ca rezultat, numărul mediu de conexiuni rămâne egal cu numărul acestora într-un sistem nedeformat. În asta
În intervalul ratelor de deformare, viscozitatea rămâne constantă și materialul se comportă ca un fluid Newtonian cu adevărat vâscos. O creștere a gradientului de viteză va duce la o deplasare a pantei la distrugerea elementelor structurale și va determina o scădere mai mult sau mai puțin puternică a vâscozității până la atingerea celei mai mici valori constante corespunzătoare distrugerii finale a structurii.
O altă caracteristică caracteristică a structurii acestor materiale este prezența proprietăților tixotropice pronunțate. Faptul de bază care distinge / formarea structurii hipotropice de la cea considerată mai sus este factorul de timp. Rezistența structurii în curs de dezvoltare și rata de creștere a acesteia în timp sunt principalele caracteristici ale formării structurii tixotropice.
Astfel, dependența vâscozității de cerneală de gradientul vitezei de forfecare și dependența rezistenței structurii de timpul în care este vopsită vopseaua pot fi atribuite principalelor caracteristici reologice ale vopselelor. Așa cum sa arătat în secțiunea 3, proprietățile tipografice, tehnice și operaționale ale vopselelor depind în mare măsură de aceste caracteristici, astfel încât evaluarea lor va da posibilitatea de a obține o imagine mai completă a proprietăților vopselelor.
Pentru a determina caracteristicile vâscoase, sunt utilizate vâscozimetrele a trei tipuri de bază, construite pe baza principiului căderii corpului, ieșirea fluidului și deplasarea spațiului inelar.
Un viscozimetru de rotație construit pe baza principiului de forfecare în spațiul inelar este de cel mai mare interes pentru măsurarea sistemelor structurate, în special cerneluri tipografice, deoarece permite măsurători în condiții apropiate de
Cele în care vopseaua este în diferite etape ale procesului de imprimare. Din acest punct de vedere, unul dintre cele mai bune instrumente este elastoviscozimetrul complex-3 al lui AA Trapeznikov (Figura 14). Se caracterizează printr-o gamă destul de largă de gradienți de viteză de forfecare: de la 10-5 la 103 s -1. Designul dispozitivului face posibilă trecerea rapidă și ușoară a trecerii de la viteze de deformare scăzute la înalte și înapoi. Dispozitivul oferă, de asemenea, termostate fiabile la viteze mari de forfecare și are o serie de alte avantaje care îl disting în mod favorabil de dispozitivele de acest tip.
Principala parte de lucru a dispozitivului sunt două cilindri dispuși vertical și concentric, între care se află lichidul de testare. Cilindrul exterior este acționat de un motor electric printr-un reductor cu o viteză unghiulară constantă. În acest caz, un gradient constant al vitezei de forfecare este stabilit în spațiul gol:
Unde ω este viteza unghiulară de rotație a cilindrului exterior;
R și R2 sunt razele cilindrilor interiori și exteriori.
Propunerea este transmisă prin lichidul din exterior spre cilindrul interior suspendat din sârmă elastică, prin cilindrul interior este inversat într-un unghi f, co-tory P este proporțională cu tensiunea de forfecare care apar în B tem:
Unde Co este rigiditatea firului;
Când cilindrul exterior este rotit pentru o lungă perioadă de timp la o viteză constantă, forța de forfecare P poate varia. De exemplu, în cazul în care vopseaua este încărcat în dispozitiv a fost de ceva timp în ceva, atunci în timpul stresului deformare primei vârstă este de maxim P = WP și apoi începe să scadă, ajungând la valoarea standului P = P5 (Fig. 15). La intervale diferite de timp, deoarece intervalele dintre experimente cresc, adică durata de "odihnă" a sistemului m, valoarea maximului Pr va crește, în timp ce cantitatea P s rămâne constantă. Valoarea lui P3 la o temperatură constantă depinde numai de gradientul vitezei 6 și caracterizează vâscozitatea vopselei,
Acest gradient q = - m -.
Fig. 15. Dependența stresului de forfecare asupra duratei experimentului
Din valorile lui P3. măsurată pentru întreaga gamă de gradienți de viteză, poate fi calculată și trasată o curbă de vâscozitate
T] = f (e). Această dependență caracterizează proprietățile acelei părți a structurii vopselei care nu are legătură cu timpul. Magnitudinea maximelor lui Pr caracterizează a doua parte a structurii vopselei, care se dezvoltă în timp. Curba, construită din valorile maximelor lui Pi măsurată prin intervale de timp diferite după deformarea sistemului, face posibilă evaluarea proprietăților tixotropice ale vopselelor. Estimarea proprietăților tixotropice ale vopselelor este de obicei efectuată la cele mai mici rate de forfecare, care corespund condițiilor procesului de imprimare.
Metodele descrise de investigare a proprietăților reologice ale cernelurilor tipografice ne permit să găsim relațiile dintre parametrii reologici și comportamentul vopselei la anumite etape ale procesului de imprimare. Pe de altă parte, aceste metode sunt utilizate pentru a studia efectul componentelor individuale de vopsea și al altor factori asupra proprietăților lor reologice. Rezultatele acestor studii ne permit să găsim principalele regularități pentru producerea cernelurilor tipografice cu proprietăți specificate.
Pentru a controla vâscozitatea cernelurilor tipografice atât în fabrica producătorului, cât și în fabricile de tipărire, nu este necesar să se aplice această metodă datorită complexității și laboriosității acesteia.
În acest scop, este mai convenabil să se folosească vâscozimetrul "Sherli-Ferranti" (fig.16). Se compune din: a
Ansamblul panglică 1, unitatea indicator 2, amplificatorul 3, unitatea de înregistrare 4, dispozitivul automat 5 pentru instalarea conului și (placa și recorderul 6).
O probă de vopsea plasată pe o placă de instrument de măsurare este strivită într-un spațiu simetric îngust între un disc rotativ în formă de conul de la motorul electric și un plan al plăcii care atinge exact vârful | conul. Momentul fricțiunii vâscoase a conului este măsurat cu ajutorul unui dinamometru de răsucire. Prin potențiometrul toroidal, cantitatea de cuplu în formă de semnale proporționale, curent continuu, este transmisă către unitatea indicatoare. Conform indicațiilor unității indicator cu ajutorul unor calcule simple adecvate, valorile stresului și vâscozității pot fi calculate pentru un gradient dat de viteză de forfecare.
Gradientul vitezei de forfecare a vâscozimetrului "Sherli-Ferranti" poate varia de la 10 la 17000 s-1. Reproductibilitatea bună, rezultatele măsurătorilor, ușurința manipulării, ușurința umplerii și curățării, utilizarea unei cantități mici de vopsea pentru teste fac din acest dispozitiv unul dintre cele mai bune pentru controlul proprietăților reologice ale cernelurilor tipografice. Cu toate acestea, costul relativ ridicat împiedică distribuirea pe scară largă în întreprinderile tipografice. Viscozimetrul "Sherli-Ferranti" poate fi utilizat și în scopuri de cercetare.
Principalul dezavantaj al acestui dispozitiv în comparație cu viscozimetrul trapeznikov elasto este absența ratelor mici de forfecare (sub 10 s-1).
Pentru controlul producției vâscozității vopselelor, viscozimetrul rotativ Brookfield și vâscozimetrul cu tija sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă.
Fig. 16. Viscozimetrul conului Shirley-Ferranti
Viscozimetrul Brookfield este proiectat pentru a controla vâscozitatea vopselelor lichide (cum ar fi ziarele). Osnoeioy (partea activă a instrumentului este un rotor al unei tije cu NYM plantat pe un disc. Rotorul este scufundat în lichidul de testare, și este acționat de un motor electric. Rezistența la care fluidul are o mișcare de rotor este fixat pe cadranul instrumentului. Viscozitate * corespunzător deviația săgeții dispozitivului, sunt găsite în tabelul care este echipat cu dispozitivul.
Pentru a măsura vâscozitatea la diferite viteze de forfecare, instrumentul are un set de rotoare cu diametre diferite ale discului. Cu toate acestea, intervalul de viteze de forfecare care pot fi realizate nu permite distrugerea finală a structurii, astfel încât valoarea viscozității este prea mare în comparație cu rezultatele măsurătorilor pe aparatul Trapeznikov sau Fermenty.
Un vâscozimetru de bară (Figura 17) este utilizat pentru a controla vâscozitatea cernelurilor pentru imprimarea înaltă și offset. Principiul dispozitivului este acela că tija 1 a secțiunii circulare alunecă în inelul 2 sub influența greutății proprii sau a greutății suplimentare. Diametrul inelului este puțin mai mare decât diametrul tijei, astfel încât vopseaua de testare plasată în inel este supusă forfecării într-un spațiu îngust între peretele inelului interior și suprafața tijei incidentale. Cunoscând durata trecerii unei anumite distanțe între cele două semne 3 pe baza dispozitivului, se poate calcula vâscozitatea vopselei.
Pentru confortul folosirii dispozitivului și pentru evitarea calculelor complexe și grele, se acordă o programare specială. În graficul de-a lungul axei abscisei, sunt reprezentate valorile forței de forfecare P, corespunzătoare sarcinilor suplimentare față de greutatea tijei. Valorile de încărcare sunt afișate în partea de sus a graficului pe o linie dreaptă paralelă cu abscisa (Figura 18). Timpul de cădere a tijei este reprezentat de-a lungul axei de coordonate la o scară logaritmică. Liniile drepte de la originea coordonatelor, • denotă valoarea vâscozității calculate pentru anumite sarcini și timpul de cădere al tijei.
Pentru a determina vâscozitatea vopselei, se măsoară timpul de cădere a tijei fără încărcătură și acțiunea încărcărilor succesive crescânde. Rezultatele sunt reprezentate pe grafic sub forma punctelor care conectează linia dreaptă - punctul de intersecție al acestei linii drepte cu axa ab-
Viscozimetrul tip foarfece va determina valoarea tensiunii de limitare.
Fig. 18. Graficul de determinare a vâscozității măsurătorilor pe un vâscozimetru de tijă
Schimbarea Zheniya, caracterizând puterea structurii vopselei. O linie dreaptă trasată de la originea coordonatelor paralele cu linia dreaptă obținută ca urmare a măsurătorilor va da valoarea vâscozității plastice a vopselei, care se regăsește din valorile vâscozității a două fascicule de coșdină. Pentru cele prezentate în Fig. 18, valoarea efortului final de forfecare este de aproximativ 900 dyne / ohm2, vâscozitatea de plastic este egală cu 175 poises.
Dacă nu este necesar. dispozitivele utilizează metode mai simple de evaluare a proprietăților de curgere vâscoasă.
Fig. 19. Un microbolum pentru determinarea fluidității cernelurilor tipografice
Pentru a determina vâscozitatea vopselelor lichide (cum ar fi ziarele), există o metodă cu drop-ball în conformitate cu TU PP 123-
54. Această metodă constă în aceea că cilindrul de sticlă em-os aproximativ 250 ml se toarnă cantitate mică de glicil- lățime, iar apoi vopseaua de test, astfel încât înălțimea coloanei de vopsea a fost de 20 cm. Cilindrul a fost imersat bilă de oțel strict op-greutate-determinare și diametrul (3 mm) și măsurați timpul necesar pentru a trece prin vopsea (în câteva secunde). Valoarea obținută este o măsură a vâscozității
Vopsele. Cu cât este mai mare vâscozitatea
Vopseaua, cu atât mai mult timp
Trecerea mingii. Măsurătorile se efectuează la o temperatură de 20 ° C
Pentru evaluarea vopselelor mai vâscoase pentru imprimarea înaltă și offset, utilizați metoda de împrăștiere în conformitate cu TU PP 123-54 (plante-
Skie). Metoda constă în determinarea diametrului punctului de vopsea obținut ca urmare a strivirii unui anumit volum între două panouri sub acțiunea unei sarcini de 250 g timp de 15 minute la o temperatură de 25 ° C
Fluiditatea vopselei, spre deosebire de răspândirea, caracterizează capacitatea vopselei de a curge sub propria greutate. vopsea metoda de evaluare fluiditate este faptul că un anumit volum Neboli-mare (3 cm3) Cerneala mikrovolyumetra este extrudat din placa orizontală (fig. 19) și după 15 min se formează la fața locului cu diametrul determinat datorită răspândirii volumului de cerneală. Cu cât diametrul este mai mare, cu atât fluiditatea este mai mare. Măsurătorile se efectuează la o temperatură de 25 ° C.
Pe baza rezultatelor determinării fluidității, este posibil să se judece destul de bine comportamentul unei vopsele într-o cutie colorată a unei prese tipografice.
Metodele de producție de mai sus pentru estimarea vâscozității unei vopsele ne permit să determinăm numai punctul sau, în cel mai bun caz, o mică parte a curbei pentru dependența vâscozității de viteza 98
-forfecare (vâscozimetru). Rezultatul măsurării în multe moduri depinde de gradul de distrugere a structurii, astfel încât vopseaua trebuie amestecată bine înainte de a determina vâscozitatea. Este la fel de important să se respecte cu strictețe condițiile de temperatură, deoarece o schimbare de temperatură de numai 1 ° C poate duce la o eroare în determinarea a 10-15%. Sub rezerva tuturor termenilor x, aceastea-met ODS randament suficient rezultate exacte atunci când se compară o compoziție cu un postglaciare de culori (de exemplu, vopseaua de testare cu etalo-nom), ele permit să controleze corectitudinea formulării și a tehnologiei de fabricație proprietățile culorii constanță în loturi individuale etc. . d.