Qu’est-ce qu’un rhéomètre ?
La rhéologie est l’étude de l’écoulement et de la déformation des matériaux. La rhéométrie est une méthode d’évaluation des propriétés rhéologiques des matériaux et un rhéomètres est un appareil d’évaluation de ces propriétés rhéologiques.
En appliquant un mouvement de rotation ou d’oscillation à un échantillon placé dans le rhéomètres et en mesurant les contraintes produites, diverses propriétés peuvent être quantifiées.
En changeant le dispositif de fixation dans la section de mise en place de l’échantillon, une large gamme d’échantillons peut être mesurée, des liquides aux solides, selon le type d’échantillon.
Utilisations d’un rhéomètre
Quelques exemples d’utilisation sont énumérés ci-dessous :
- Quantification du toucher, par exemple texture des aliments, toucher des produits cosmétiques, etc.
- Dispersibilité des peintures et autres matériaux, évaluation des propriétés de sédimentation et de revêtement.
- Évaluation du comportement à la fusion et de l’aptitude au moulage des polymères.
- Évaluation du comportement de durcissement des adhésifs thermodurcissables et des résines durcissant aux UV.
- Évaluation de la fluidité dans le processus de fabrication.
- Modification des propriétés physiques en fonction de la température.
Les rhéomètres sont donc utilisés dans une grande variété de domaines. Les propriétés de viscosité et viscoélastiques obtenues à partir des mesures ne servent pas seulement d’indicateurs pour la recherche et le développement, mais aussi pour le contrôle de la qualité.
Dans les domaines de la recherche fondamentale tels que la chimie des polymères, les résultats des mesures obtenues avec les rhéomètres sont utilisés pour étudier la structure moléculaire des matériaux, ce qui conduit à la recherche de matériaux hautement fonctionnels et au développement de matériaux et de produits sûrs et efficaces.
Principe des rhéomètres
Un rhéomètre est un appareil permettant de mesurer la viscosité et les propriétés viscoélastiques d’un matériau.
Le gabarit de la section de mise en place des échantillons existe en différentes tailles et formes. Nous présentons ici un gabarit appelé plaque conique. La plaque conique est une combinaison d’un cône et d’un disque, et est réglée en plaçant l’échantillon entre les plaques supérieure et inférieure, comme le montre le diagramme ci-dessous. Le gabarit supérieur est mis en rotation ou en vibration pour mesurer les propriétés viscoélastiques de l’échantillon. Dans de nombreux cas, la température de l’échantillon peut également être contrôlée.
La viscosité est calculée à partir de la résistance à la rotation (couple) lorsque le gabarit supérieur est mis en rotation à une certaine vitesse.
Les propriétés viscoélastiques peuvent être déterminées à partir de la contrainte générée lorsque le gabarit supérieur est mis en vibration de manière à tourner à droite, à gauche, à droite, etc. Lorsque le gabarit est vibré et déformé de manière sinusoïdale, une contrainte sinusoïdale équivalente à une onde de contrainte est obtenue comme réponse de l’échantillon. Le fait que la phase de cette onde de contrainte diffère entre les liquides et les solides est utilisé. La différence de phase entre l’onde sinusoïdale et l’onde de contrainte lorsque l’échantillon est déformé par vibration peut être utilisée pour déterminer dans quelle mesure l’échantillon est liquide ? Quel est son degré de solidité ? L’amplitude de l’onde de contrainte peut être utilisée pour quantifier la solidité.
La plaque conique est conçue pour mesurer des échantillons liquides qui peuvent être placés entre les plaques supérieure et inférieure, mais un gabarit de serrage peut être utilisé pour mesurer des échantillons solides moulés en bandes. Une large gamme d’autres dispositifs spécifiques aux échantillons est également disponible, ce qui permet de mesurer un large éventail d’échantillons, des solides aux liquides. D’autres mesures telles que le module de relaxation, la conformité au fluage et la limite d’élasticité peuvent également être effectuées.
Mesures d’application du rhéomètre
Le rhéomètres offre une variété d’options. Celles-ci peuvent être utilisées pour (i) contrôler l’environnement de l’échantillon, comme l’humidité ou l’irradiation UV, lors de l’évaluation de la viscosité et des propriétés viscoélastiques comme décrit ci-dessus, (ii) combiner la spectroscopie Raman, la diffusion de la lumière aux petits angles, la microscopie et les instruments de mesure de l’impédance pour mesurer simultanément la viscosité et les propriétés viscoélastiques, et (iii) appliquer les fonctions du rhéomètres à l’écoulement des poudres et au frottement de surface. La résistance peut également être mesurée.
En particulier, l’option de mesure simultanée (ii) permet de mesurer les changements dans les spectres d’impédance et Raman ainsi que les changements dans les propriétés physiques accompagnant les changements dans la température de l’échantillon et la vitesse de déformation, de sorte que non seulement les macro-propriétés physiques telles que la viscosité et les propriétés viscoélastiques, mais aussi les informations internes de l’échantillon peuvent être obtenues simultanément.
Cet article a été supervisé par Anton Paar Japan K.K., un fabricant et distributeur d’équipements de laboratoire de haute précision et de systèmes de mesure de processus.