ترقق القص

في علم الروماتيزم ، يعتبر الترقق القصي سلوكًا غير نيوتوني للسوائل التي تنخفض لزوجتها تحت إجهاد القص . يُعتبر أحيانًا مرادفًا للسلوك شبه البلاستيكي ، ^{[1] [2]} وعادةً ما يتم تعريفه على أنه يستبعد التأثيرات المعتمدة على الوقت ، مثل اللزوجة . ^[3]

يعتبر ترقق القص هو النوع الأكثر شيوعًا من السلوك غير النيوتوني للسوائل ويُرى في العديد من التطبيقات الصناعية واليومية. ^[4] على الرغم من أن ترقق القص لا يُلاحظ عمومًا في السوائل النقية ذات الكتلة الجزيئية المنخفضة أو المحاليل المثالية للجزيئات الصغيرة مثل السكروز أو كلوريد الصوديوم ، إلا أنه غالبًا ما يُلاحظ في محاليل البوليمر والبوليمرات المنصهرة، بالإضافة إلى السوائل المعقدة والمعلقات مثل الكاتشب والكريمة المخفوقة والدم [ ^5] والطلاء وطلاء الأظافر .

على الرغم من أن السبب الدقيق للترقق القصي غير مفهوم تمامًا، إلا أنه يُعتقد على نطاق واسع أنه تأثير التغيرات البنيوية الصغيرة داخل السائل، بحيث يتم إعادة ترتيب الأشكال الهندسية المجهرية داخل السائل لتسهيل القص . ^[6] في أنظمة الغرويات، يؤدي فصل الطور أثناء التدفق إلى ترقق القص. في أنظمة البوليمر مثل ذوبان البوليمرات ومحاليلها، يحدث ترقق القص بسبب فك تشابك سلاسل البوليمر أثناء التدفق. في حالة الراحة، تتشابك البوليمرات ذات الوزن الجزيئي العالي وتتجه عشوائيًا. ومع ذلك، عند الخضوع للتحريك بمعدل مرتفع بدرجة كافية، تبدأ سلاسل البوليمر شديدة التباين في فك التشابك والمحاذاة على طول اتجاه قوة القص. ^[7] يؤدي هذا إلى تفاعل جزيئي/جسيمي أقل وكمية أكبر من المساحة الحرة، مما يقلل من اللزوجة. ^[4]

عند معدلات قص عالية بما فيه الكفاية ومنخفضة للغاية، تكون لزوجة نظام البوليمر مستقلة عن معدل القص. عند معدلات القص العالية، يتم فك تشابك البوليمرات تمامًا وتستقر قيمة اللزوجة للنظام عند η _∞ ، أو هضبة لزوجة القص اللانهائية. عند معدلات القص المنخفضة، يكون القص منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن إعاقته بالتشابكات وقيمة لزوجة النظام هي η ₀ ، أو لزوجة معدل القص الصفري. تمثل قيمة η _∞ أدنى لزوجة يمكن تحقيقها وقد تكون أقل من η ₀ بأوامر من حيث الحجم ، اعتمادًا على درجة ترقق القص.

يتم رسم اللزوجة مقابل معدل القص في رسم بياني log(η) مقابل log( )، حيث تكون المنطقة الخطية هي نظام ترقق القص ويمكن التعبير عنها باستخدام معادلة قانون الطاقة لأوستوالد ودي فالي: ^[8]${\displaystyle {\dot {\gamma }}}$

${\displaystyle \tau =K(T)\left({d\gamma \over dt}\right)^{n}=K(T){\dot {\gamma }}^{n}}$

يمكن كتابة معادلة أوستوالد ودي فالي في شكل لوغاريتمي:

${\displaystyle \log(\tau )=\log(K)+n\log \left({\dot {\gamma }}\right)}$

يتم تعريف اللزوجة الظاهرية على أنها ، ويمكن إدخال ذلك في معادلة أوستوالد للحصول على معادلة قوة ثانية للزوجة الظاهرية: ${\displaystyle \eta ={\tau \over {\dot {\gamma }}}}$

${\displaystyle \eta =K(T){\dot {\gamma }}^{n-1}}$

يمكن أيضًا استخدام هذا التعبير لوصف سلوك التمدد (سماكة القص)، حيث تكون قيمة n أكبر من 1.

تتطلب بلاستيكات بينغهام تجاوز إجهاد القص الحرج حتى تبدأ في التدفق. وعادة ما يُرى هذا السلوك في المركبات الدقيقة والنانوية من البوليمر/السيليكا، حيث يوفر تكوين شبكة السيليكا في المادة استجابة شبيهة بالصلبة عند إجهاد قص منخفض. ويمكن وصف سلوك ترقق القص للسوائل البلاستيكية باستخدام نموذج هيرشل-بولكلي، الذي يضيف مكون إجهاد القص العتبي إلى معادلة أوستوالد: ^[8]

${\displaystyle \tau =\tau _{y}+K(T){\dot {\gamma }}^{n}}$

يعتبر بعض المؤلفين أن التخفيف بالقص هو حالة خاصة من السلوك الثيكسوتروبي، لأن استعادة البنية الدقيقة للسائل إلى حالته الأولية ستتطلب دائمًا وقتًا غير صفري. ومع ذلك، عندما يكون استرداد اللزوجة بعد الاضطراب سريعًا جدًا، فإن السلوك المرصود هو التخفيف بالقص الكلاسيكي أو شبه اللدونة، لأنه بمجرد إزالة القص، تعود اللزوجة إلى وضعها الطبيعي. عندما يستغرق الأمر وقتًا قابلاً للقياس لاستعادة اللزوجة، يُلاحظ السلوك الثيكسوتروبي. ^[9] ومع ذلك، عند وصف لزوجة السوائل، من المفيد التمييز بين سلوك التخفيف بالقص (شبه اللدونة) والسلوك الثيكسوتروبي، حيث تنخفض اللزوجة عند جميع معدلات القص لبعض الوقت بعد التحريك: يمكن غالبًا رؤية كلا التأثيرين بشكل منفصل في نفس السائل. ^[10]

طلاء الجدران عبارة عن مادة شبه بلاستيكية. ^[11] عند تطبيق طلاء الجدران الحديث، فإن القص الناتج عن الفرشاة أو الأسطوانة سيسمح له بالترقق وتبليل السطح بالتساوي. بمجرد تطبيقه، يستعيد الطلاء لزوجته العالية، مما يتجنب التنقيط والسيلان.

الكاتشب عبارة عن مادة قابلة للتخفيف بالقص، فهي لزجة عندما تكون في حالة سكون، ولكنها تتدفق بسرعة عندما يتم تحريكها بالضغط عليها أو رجها أو ضربها. ^[11]

الكريمة المخفوقة هي أيضًا مادة للتخفيف بالقص. ^[6] عندما يتم رش الكريمة المخفوقة من علبتها، تتدفق بسلاسة من الفوهة بسبب اللزوجة المنخفضة عند معدل التدفق العالي. ومع ذلك، بعد رش الكريمة المخفوقة في ملعقة، فإنها لا تتدفق وتسمح لزوجتها المتزايدة بأن تكون صلبة.

• السائل غير النيوتوني  – السائل الذي تتغير لزوجته مع كمية القوة/الإجهاد المطبق عليه
• سائل قانون الطاقة  – نوع من السوائل النيوتونية المعممة
• بلاستيك بينغهام  – مادة صلبة عند إجهاد منخفض ولكنها تصبح لزجة عند إجهاد مرتفع
• علم الروماتيزم  – دراسة تدفق المادة، في المقام الأول في حالة السوائل
• تأثير كاي  – خاصية السوائل المعقدة
• اللزوجة المعتمدة على الوقت
• اللزوجة : كلما طالت مدة تعرض السائل لإجهاد القص، زادت اللزوجة. سلوك سماكة القص المعتمد على الوقت.
• اللزوجة : كلما طالت مدة تعرض السائل لإجهاد القص، انخفضت لزوجته. وهو سلوك ترقيق يعتمد على الوقت.
• سماكة القص : تشبه السماكة الروماتيزمية، ولكنها مستقلة عن مرور الوقت.
• عامل تكثيف
• مخفف الطلاء

• لغز الكاتشب العظيم