مواد بر اساس رفتار فیزیکی خود از مایع تا جامد دستهبندی میشوند. برای ارزیابی قوام و میزان نفوذپذیری سیالات، کمپانی آنتون پار با طراحی و تولید دستگاه درجه نفوذ تماماتوماتیک مدل PNR، امکان اندازهگیری دقیق و تکرارپذیر این پارامترها را فراهم کرده است و نتایجی قابل اعتماد در کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی ارائه میدهد.
ماده نیمهجامد چیست و چه خصوصیاتی دارد؟
موادی که نه کاملاً مایع هستند و نه همه خصوصیات جامدات را دارند، بلکه حد واسط بین این دو حالت هستند، ویسکوالاستیک یا نیمه جامد نامیده میشوند. این مواد هر چه به حالت جامدات نزدیکتر باشند بخش بیشتری از خواص جامدات را پیدا میکنند و هر چه به حالت مایع نزدیکتر باشند خواص بیشتری از مایعات را دارند. از نمونههای متداول مواد نیمهجامد میتوان به کره، پماد و وازلین اشاره کرد.
تأثیر نیروی مکانیکی وارد شده به مواد نیمهجامد
هنگامی که مواد نیمه جامد یا جامد تحت تأثیر نیروی مکانیکی قرار میگیرند تغییر شکل میدهند. با توجه به اینکه چه مقدار نیرویی اعمال شود و این نیرو چه مادهای با چه ساختاری را تحت تأثیر قرار دهد، نتیجه متفاوت است.
نقطه تسلیم
نقطه تسلیم، نقطه تغییر شکل پلاستیک است. قبل از نقطه تسلیم، ماده به صورت الاستیک تغییر شکل میدهد و با حذف تنش مکانیکی به شکل اولیه خود بازمیگردد. اما زمانی که نیروی وارده در حدی باشد که ماده به نقطه تسلیم برسد، بخشی از تغییر شکل دائمی و برگشتناپذیر خواهد بود. مایعات چیزی به نام نقطه تسلیم ندارند.
صنایع و کاربردها
مواد نیمهجامد در صنایع مختلفی نقش دارند، به همین دلیل بررسی نفوذ پذیری این مواد حائز اهمیت است،برای درک بهتر، هر صنعت را بررسی میکنیم. مانند:
- صنایع غذایی
- صنایع شیمیایی
- قیر و آسفالت
- صنایع دارویی
- صنایع آرایشی و بهداشتی
- نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی
صنایع غذایی
اصطلاح بافت در صنایع غذایی ظاهر و حس و قوام غذا را توصیف میکند. با آزمایش نفوذ، اطلاعاتی در مورد بافت ماده غذایی حاصل میشود. قوام ماده غذایی باعث ایجاد حسهای مختلف در دهان میشود، بنابراین اهمیت زیادی دارد. کره، پنیر یا عسل نمونههای مواد نیمهجامد در صنایع غذایی هستند که اگر بیش از اندازه حالت مایع داشته باشند ممکن است از برش نان جاری شوند. همچنین در مورد سس کچاپ، اگر غلظت سس بیش از اندازه باشد به راحتی از بطری خارج نمیشود. چسبندگی خمیر، قوام شکلات و غلظت مخمر مثالهای دیگری از این مورد هستند.
قیر و آسفالت: کیفیت جاده وابسته به قوام قیر
در راهسازی، قیر به عنوان چسب برای ساخت جاده استفاده میشود و استفاده از ترکیب کاربردی متناسب با شرایط آبوهوایی بسیار مهم است. بنابراین، غلظت و درجه نفوذ ترکیبات قیر اندازهگیری میشود تا ترکیبی با بهترین کیفیت تولید شود.
اهمیت ساخت ترکیب قیر متناسب با شرایط دمایی
اگر در شرایط آبوهوایی سرد از قیر سخت برای راهسازی استفاده شود، با ایجاد ترک در سطح جاده مواجه میشویم. همینطور در شرایط آبوهوایی گرم، استفاده از قیر نرم باعث ایجاد شیار و ریزش قیر از سطوح شیبدار میشود.
صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی
مواد دارویی و آرایشی همچون کرم، پماد، خمیر دندانپزشکی، رژ لب و … باید با غلظت و قوام مناسب تولید شوند تا هنگام استفاده برای مصرفکننده مشکلی ایجاد نکنند.
صنایع شیمیایی
مواردی مانند چسب، درزگیر، خمیرهای چسب و … در صنایع شیمیایی تولید میشوند که باید از نظر قوام و درجه سختی مورد بررسی قرار بگیرند. برای ارزیابی فرآیندهایی مانند ورز دادن، پمپاژ، مخلوط کردن و … بهینهسازی تعادل انرژی با تنظیم غلظت ضروری است.
اندازه گیری قوام گریس
نفت و گاز، پالایش و پتروشیمی
ترکیبی مانند گریس که برای روانکاری مورد استفاده قرار میگیرد، با کم و زیاد شدن میزان سختی و قوام در کاربرد دچار مشکل میشود. مثلاً گریس سخت در روانکاری یاتاقان به درستی کار نمیکند، زیرا نمیتواند به اندازه کافی تمام نواحی را درگیر کند. اگر غلظت گریس خیلی کم باشد با نشتی گریس و خشکی قطعات روبهرو میشویم که افزایش اصطکاک و سایش قطعات را به همراه دارد.
نتیجهگیری
مواد نیمهجامد یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع هستند و باید از نظر قوام، غلظت و درجه سختی مورد بررسی قرار بگیرند. کمپانی Anton Paar با تولید دستگاه اندازهگیری درجه نفوذ، بهترین و دقیقترین نتایج را ارائه میدهد. نحوه کار با آن به این صورت است که سوزن و یا قسمت مخروطی دستگاه با وزن مشخص روی سطح نمونه قرار میگیرد و سپس در داخل آن رها می گردد و بعد از چند ثانیه بیرون آمده و ماده حالت تعادل میرسد. با توجه به مقدار نفوذ، قوام ماده مشخص میشود.