Viscosità
La viscosità rappresenta l’attrito interno di un liquido, ed esprime la maggiore o minore facilità di scorrimento di uno strato del liquido rispetto ad uno strato adiacente.La viscosità dei liquidi diminuisce di norma con l’aumentare della temperatura. Da un punto di vista miscroscopico e quindi particellare, il valore della viscosità dipende sia dalla forma e dalla grandezza delle molecole sia dall’entità delle interazioni tra esse. In realtà non tutti i liquidi hanno un comportamento simile, quindi si è soliti suddividerli in due grandi categorie:
Liquidi newtoniani: i liquidi che seguono la legge di Newton;
Liquidi non newtoniani: i liquidi che non seguono la legge di Newton perché la loro viscosità cambia sia con il variare della pressione sia con il variare di altre grandezze chimico-fisiche.
Ai primi appartengono l’acqua e gli oli. Alla seconda categoria appartengono tutti i materiali plastici.
Viscosità assoluta o dinamica
E’ la difficoltà che incontra la massa di un fluido (liquido o gas) a scorrere liberamente in un condotto. In particolare questa è definita appunto viscosità dinamica ed è misurata in poise (leggere ‘puas’) (simbolo P). Dividendo questa grandezza per la densità, si ottiene la viscosità cinematica (misurata in stokes, St) che è in relazione con la difficoltà di caduta libera di un solido attraverso un fluido. La viscosità di un liquido è praticamente indipendente dalla pressione mentre diminuisce all’aumentare della temperatura. Nel caso dei gas, essa aumenta all’aumentare della temperatura e della pressione.Supponendo di dividere in strati il fluido, è la forza richiesta per muovere alla velocità di 1 m/s uno strato di fluido di 1 m2 rispetto ad uno supposto fisso e distante 1 m.La viscosità dinamica si misura solitamente in:
Poise (P)=g / (m·s) oppure (Pa·s)=Kg / (m·s)=(N·s)/m2 oppure cps=mPa·s
10 Cps Molto liquido
130 Cps Viscosità media
1800 Cps Viscosità alta
Viscosità cinematica o relativa
E’ data dal rapporto fra la viscosità dinamica e la massa volumica del fluido.La viscosità cinematica si misura solitamente in:
Stoke (St)=1E-04(m2/s) oppure centiStoke (cSt)=1E-06(m2/s)
Indice di viscosità (I.V.)
Tale indice esprime la costanza della graduazione viscosa di un determinato olio alle diverse temperature, quindi tanto quanto questo valore sarà maggiore e tanto la viscosità rimarrà costante al variare della temperatura, mentre minore sarà tale valore e maggiore risulterà tale variazione.
La viscosità intrinseca
Può essere determinata sperimentalmente misurando il numero di viscosità in funzione della concentrazione in corrispondenza dell’intercetta dell’asse delle ordinate.
Il numero di viscosità può essere correlato alla massa molare.
I tipi di viscosimetri
Viscosimetri capillari
Sono basati sulla misura del tempo di efflusso di un liquido attraverso un tubo capillare calibrato per effetto di uno sforzo generato sia dalla gravità (viscosimetri a caduta libera), sia da una forza meccanica o pneumatica (viscosimetri a pressione variabile). La viscosità assoluta viene ricavata applicando la legge di Poiseuille sul flusso dei liquidi attraverso un capillare.
Viscosimetri capillari a caduta libera
Sono fondamentalmente costituiti da una pipetta ripiegata ad U formata da una bolla tarata con due tacche, saldata ad un tubo capillare calibrato, come per es. i viscosimetri di Ostwald .Nella moderna strumentazione il Dt è cronometrato automaticamente; la corsa del fluido nel capillare è rilevata seguendo il movimento del menisco nella bolla fino alla tacca di riempimento, mediante rivelatori a termoconducibilità (TC) oppure fotosensori a fibre ottiche, eliminando gli errori soggettivi del cronometraggio visivo.
Reometri capillari ad estrusione
I viscosimetri ad estrusione per le materie plastiche sono costituiti in genere da un estrusore a vite con velocità variabile che avanza entro un capillare di diametro opportuno. Si misura la pressione dell’efflusso con trasduttori di pressione: i capillari impiegati sono in genere di diametro piuttosto grande (10 mm), e richiedono quantità di campione da 1 a 5 kg
Viscosimetri capillari differenziali
La viscosità relativa delle soluzioni può essere effettuata con un viscosimetro differenziale a doppio capillare formato da due capillari in serie con una valvola d’iniezione a loop situata tra essi, come già descritto in una precedente pubblicazione.Lo strumento è basato sulla determinazione della differenza di pressione tra le estremità dei capillari del campione e del riferimento, misurata da un trasduttore di pressione differenziale (DPT) posto in parallelo su ciascuno di essi.
Viscosimetro “Melt Indexer”
E un tipo di reometro ad orifizio a pressione variabile usato per la gradazione dei polimeri fusi. È costituito da un cilindro con un orifizio nel fondo, entro il quale viene fuso il polimero. Sotto la pressione di un pistone caricato da una massa controllata, il materiale fuso viene estruso dall’orifizio. Si ricava la viscosità del campione misurando il volume estruso entro un tempo determinato. Nonostante che la precisione della misura sia scarsa, per i noti difetti dei sistemi a capillare corto, strumenti di questo tipo sono utili per valutare la “lavorabilità” dei polimeri fusi, tipicamente non newtoniani viscoelastici.
Viscosimetri a sfera cadente
Noti come viscosimetro di Höppler, sono strumenti semplici e precisi adatti per misure di viscosità assoluta di fluidi newtoniani trasparenti.coprire campi di viscosità da 0,01 a 106 cP o cSt, con un’accuratezza migliore di ±0,01% nei modelli di precisione .
Microviscosimetro portatile
Una versione moderna automatica del viscosimetro a sfera cadente è un recente microanalizzatore portatile della viscosità, che misura viscosità assolute da 0,2 a 1000 mPa.s in 0,4 ml di campione con ±0,3% di ripetibilità.
Viscosimetro magnetico
Sul principio della sfera cadente è basato un reometro magnetico per la misura in funzione del tempo e/o della temperatura delle proprietà reologiche di macromolecole reticolate, come le resine epossidiche, ed altri polimeri di alta viscosità
Viscosimetro a pistone magnetico
Il reometro misura viscosità da 0,5 a 2000 cP in 1,5 ml di campione a temperatura ambiente con un sensore elettromagnetico a forma di pistone, intorno al quale il flusso viscoso oppone resistenza allo scorrimento, causato dall’attrazione della forza magnetica generata dal campo.
Reometri a cilindri coassiali
I cilindri coassiali (concentrici)(1) costituiscono una coppia di piani paralleli ricurvi in moto relativo, tra i quali il fluido contenuto scorre per trascinamento. Se la forza applicata è tangenziale, lo scorrimento è laminare e il sistema diventa un viscosimetro assoluto. Lo sforzo di taglio è generato dalla rotazione di un cilindro rispetto all’altro fisso.