Utilización de métodos reológicos no lineales (LAOS, OSP, 1D SAOS, 1D PARALLEL SUPERPOSITION) en la caracterización de muestras representativas de familias con características mecánicas definidas

Abstract

[Resumen] La mayoría de los procesos industriales que tienen lugar sobre materiales semisólidos o líquidos se producen fuera del régimen lineal. Por lo tanto, el estudio de las propiedades viscoelásticas de dichos materiales debería ser realizado fuera del rango lineal. Sin embargo, hasta el momento, los estudios viscoelásticos acostumbran a ser realizados dentro del régimen lineal extrapolando después el resultado fuera del mismo. Los ensayos oscilatorios son básicos para una completa caracterización del comportamiento viscoelástico. Los ensayos oscilatorios se pueden realizar fuera del rango de viscoelasticidad lineal en modo cizalla oscilatoria de gran amplitud (Large Amplitude Oscillatory Shear/LAOS). Existen una serie de problemas experimentales asociados a dichos ensayos que impiden una correcta caracterización. Además, una correcta interpretación de los resultados es, en muchos de los casos, difícil de conseguir. Por este motivo se ha propuesto un nuevo método para trabajar fuera del régimen lineal. Este método se denomina superposición ortogonal (Orthogonal Superposition/OSP). En este tipo de ensayos, se cizalla la muestra con una velocidad de corte determinada y se miden las propiedades viscoelásticas en un movimiento oscilatorio perpendicular a la cizalla. Este movimiento oscilatorio está dentro del régimen lineal pero los valores de los módulos viscoelásticos son función de la velocidad de cizalla aplicada por lo que se puede estudiar cómo influye dicha cizalla en las propiedades reológicas en su conjunto. Es posible además utilizar el método OSP para producir cizalla en la muestra en dos direcciones simultáneamente de forma oscilatoria. De esta forma se puede estudiar la anisotropía de un material de forma sencilla El objetivo de este proyecto de tesis es utilizar todas estas técnicas en diferentes clases de materiales desde newtonianos hasta pseudoplásticos y viscoplásticos intentando comprender sus fundamentos, integrando los métodos y proporcionando una metodología coherente que permita una correcta interpretación de los resultados. En algunos casos, se han diseñado y fabricado nuevos útiles OSP con la geometría modificada para poder utilizarlos con materiales que responden a campos eléctricos o magnéticos.

[Resumo] A mayoría dos procesos industriáis nos que hay involucrados materiales líquidos ou semisólidos, producense fora do réxime lineal. Polo tanto, o estudio das propiedades viscoelásticas deses materiais debería ser feita fora do rango lineal. Sin embargo, ditos estudios viscoelasticos normalmente están feitos dentro do réxime lineal, extrapolando o resultado despois fora do mesmo. Os ensaios oscilatorios son básicos para entender completamente o comportamento viscoelástico. Ditos ensaios podense realizar fora do rango lineal en modo LAOS (Large Amplitude Oscillation Shear / Cizalla Oscilatoria de Gran Amplitude) Existen unha serie de problemas experimentais asociados a ditos ensaios que impoiden unha correcta caracterización. Ademáis, unha correcta interpretación dos resultados é, en moitos casos, difícil de conquerir. Ë por esto motivo polo que se propon un novo método para traballar fora do réxime lineal. Dito método denomínase OSP (Orthogonal Superposition/Superposición Ortógonal). Nos ensaios OSP, a mostra é cizallada con unha velocidade de corte determinada e mídense as propiedades viscoelásticas nun movemento oscilatorio perpendicular á cizalla. O movemento oscilatorio está dentro do réxime lineal pero os valores dos módulos viscoelásticos son función da velocidade de cizalla aplicada polo que pódese estudiar cal é a unfluencia da cizalla nas propiedades reolóxicas no seú conxunto. É posible además utilizar a tecnología OSP para producir cizalla en dos direciones espaciais simultáneamente de forma oscilatoria. De esta forma pódese estudiala anisotropía dun mateiral de forma sinxela. O obxetivo de este proxecto de tesis é utilizar todas estas técnicas en diiferentes clases de mateirais dende newtonianos ata pseudoplasticos ou viscoelasticos intentando comprender os seús fundamentos, integgrando métodos e proporcionando unha metodoloxía coherente que permita unha correcta interpretación física dos resultados. Nalgúns casos, rediseñamos adaptación da Geometría OSP para poder ser utilizada en materiais que responden a campos eléctricos ou magnéticos.

[Abstract] Most industrial processes occurring on semi-solid or liquid materials occur outside the linear regime. Therefore, the study of the viscoelastic properties of such materials should be performed outside the linear range. However, up to now, the viscoelastic studies are usually performed within the linear regime and then, the results are extrapolated out of it. Oscillatory tests are basic for a complete characterization of viscoelastic behavior. Oscillatory tests can be performed outside the range of linear viscoelasticity in LAOS (Large Amplitude Oscillatory Shear) mode. There are a number of experimental problems associated with such tests that prevent proper characterization. In addition, a correct interpretation of the results is, in many cases, difficult to achieve. For this reason a new method for working outside the linear regime has been proposed. This method is called OSP (Orthogonal superposition). In this type of tests, the sample is sheared with a determined shearing rate and the viscoelastic properties are measured in an oscillatory movement perpendicular to the shear. This oscillatory movement is within the linear viscoelastic range but the values of the viscoelastic modules are a function of the shear rate applied so that it is possible to study how the shear affects the rheological properties as a whole. It is also possible to use the OSP Technology to produce shear in the sample in two simultaneous directions of oscillation. In this way the anisotropy of a material of simple form can be studied The objective of this thesis project is to use all these techniques in different kinds of materials from Newtonian to pseudoplastic or viscoplastic, trying to understand its fundamentals, integrating the methods and providing a coherent methodology that allows a full physical interpretation of the results. For this, in some cases, adaptations of the OSP Geometry have been designed to be able to be used in materials that respond to electric or magnetic fields.