公司動態(tài)

對于完全固化的彈性固體，可以通過以下方程估算凝膠模量G：其中v是每單位體積內(nèi)起彈性作用的網(wǎng)絡束的數(shù)量，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度。雖然物理凝膠不一定符合這一關系式，但G的值與彈性網(wǎng)絡特性和分子相互作用相關這一點是不變的，這可能取決于聚合物/顆粒濃度、電荷或組成。因此，G（或動態(tài)振蕩測試中的彈性模量G'）是表征凝膠特性的重要參數(shù)。對于理想的凝膠，G'應該與頻率無關，因為不會發(fā)生結(jié)構松弛。然而，許多凝膠顯示出某些頻率依賴性，表明在不同的時間尺度內(nèi)存在結(jié)構松弛。在表征凝膠時，這種松弛過程也很重要。

獲取這兩種特性的一種方法是通過頻率掃描測試，得到G′相對于角頻率ω的變化關系。在凝膠點，G’ 通常顯示出與頻率的冪律相關性，可以使用以下模型來表征:其中k稱為松弛強度，n為松弛指數(shù)。對于理想的凝膠，n的值為0，表示沒有結(jié)構弛豫發(fā)生（當然僅在測量所及的頻率范圍內(nèi)）。n大于0，表明存在某種程度的結(jié)構松弛，松弛程度可由n的大小來量化。k則相當于當角頻率ω=1 rad/s時的G’的值。另一個值得關注的參數(shù)是相位角δ，它可以反映出凝膠結(jié)構（或其局部）的非理想性，即非彈性響應性。理想凝膠的相角為零，而0至45之間的任何值都表明某種程度的粘性阻尼，由此導致松弛。

凝膠的另一個特點是屈服應力，屈服應力是破壞三維網(wǎng)絡結(jié)構并導致流動所需的臨界應力。確定屈服應力的方法多種多樣，但最靈敏的方法之一是振幅掃描法，即測量彈性應力分量σ’（通過G’與彈性結(jié)構關聯(lián)）隨應變振幅的變化關系，將曲線上的峰值應力作為屈服應力，該點對應的應變即屈服應變，它與結(jié)構的脆性有關（見圖1）。如何使用振幅掃描來確定屈服應力和應變，應該注意的是，冪律模型僅適用于在測試所涉頻率范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，因為在更低或更高的頻率下，材料的表現(xiàn)可能會偏離冪律模型。

實驗研究了三種凝膠體系：發(fā)膠；成分為黃原膠-甘露聚糖的口香糖；締合聚合物-表面活性劑體系。使用流變儀，配備Peltier板盒，錐板系統(tǒng)，并使用rSpace軟件中的標準預配置序列進行測量。使用標準的裝樣序列，以確保樣品遵循一致且可控的裝樣方法。所有流變測量均在25°C下進行。在線性粘彈性范圍內(nèi)執(zhí)行應變控制的頻率掃描，并對對數(shù)坐標下的數(shù)據(jù)以冪律模型進行線性擬合，從斜率求取n，從截距求取k。

在同一序列中，再進行超出臨界應變的振幅掃描，測定屈服應力和應變。

結(jié)果表明，三種凝膠中以發(fā)膠剛性最高，k值為301 Pa，口香糖和締合增稠劑的k值分別為194 Pa和63 Pa。對于發(fā)膠和口香糖，還可以看出，G’ 隨頻率變化很小，表明隨時間變化幾乎沒有結(jié)構松弛。實測的松弛指數(shù)n也接近于0。相反，締合聚合物的G’曲線顯示出較大的斜率，對應于較高的n值0.2。為在1 Hz下進行的應變幅度掃描。包括從峰值處得到的屈服應力和應變。1Hz下 σ’與 γ* 關系曲線，以及屈服應力和應變值可見發(fā)膠的屈服應力最高，其次口香糖，再次為締合增稠劑。因此，發(fā)膠將需要更大的臨界應力以引向流動。屈服應變而言，口香糖所測值最高，說明其結(jié)構更具延展性。締合聚合物的值最低，表明其結(jié)構相對較脆。結(jié)果表明使用這種方法可以量化和比較不同凝膠系統(tǒng)的特性。