>>> Viscosity กับ Rheology แตกต่างกันอย่างไร ?

>>> มี Viscometer แล้ว Rheometer ยังจำเป็นอยู่หรือไม่ ?

สำหรับกาารตอบคำถามเหล่านี้นั้น เราต้องมาเข้าใจความหมายของแต่ละคำกันเสียก่อน

Viscosity เป็นคำที่ได้ยินบ่อยกว่า หรือก็คือความหนืดนั่นเอง ความหนืด คือคุณสมบัติของ “ของเหลว” ในการต่อต้านการไหล (Flow)

Rheology หรือวิทยากระแส เป็น ศาสตร์ที่ศึกษาพฤติกรรมของวัตถุเมื่อได้รับแรงกระทำ ซึ่งพฤติกรรมดังกล่าวนั้น อาจจะอยู่ในรูปแบบของ การไหล (Flow) หรือการเสียรูป (Deformation) และวัตถุที่กล่าวถึง ก็หมายรวมทั้งของแข็ง และของเหลว

หากเราศึกษา Rheology ของของเหลว (Liquid) นั้น ค่า Viscosity หรือความหนืดก็จะเป็นหนึ่งในพฤติกรรมของตัวอย่างของเหลวนั่นเอง โดยเราจะเรียกของเหลวที่ศึกษาพฤติกรรมดังกล่าวว่า Viscous Material

ส่วน Rheology ของของแข็ง  (Solid) นั้น คือความยืดหยุ่นหรือ Elasticity โดยเราจะเรียกของแข็งที่ศึกษาพฤติกรรมดังกล่าวว่า Elastic Material

โดยปกติแล้ว วัตถุใดๆ มักจะมีพฤติกรรมของทั้งของแข็งและของเหลวในตัวเอง คือมีทั้งความ Viscous และความยืดหยุ่น หรือ Elastic ในตัวเอง

ตัวอย่างของศาสตร์ Rheology ที่อยู่ในชีวิตประจำวัน แต่เราอาจจะไม่ได้นึกถึง เช่น 

• ครีมทามือ แสดงพฤติกรรมหลักเป็น Elastic เมื่อยังอยู่ในบรรจุภัณฑ์ โดยเมื่อต้องการใช้งาน เราต้องออกแรงกระทำเช่น การบีบหลอด เพื่อให้ครีมที่ยังเป็น Elastic material นี้ไหล (Flow) ผ่านรูของหลอดออกมาได้ ซึ่งตอนได้รีบแรงบีบและไหล ครีมก็จะมีพฤติกรรมแบบ Viscous และเมื่อครีมอยู่บนผิวแล้วเราก็ต้องใช้แรงกระทำในการปาด ทาครีมลงบนผิวอีกครั้ง

• การเทซอสมะเขือเทศ จะต้องมีการเขย่า หรือเคาะก้นขวด เพื่อให้แรงกระทำเกินจุดที่ทำให้ซอสเปลี่ยนเป็น Viscous material และสามารถไหลได้ เรียกจุดดังกล่าวว่า Yield Point

• การทาสีบนผนัง เราให้แรงกระทำบนแปรง เพื่อให้สีสามารถเกลี่ยบนผนังได้ และสิ่งที่เราต้องการเมื่อหยุดทาสี (หรือหยุดให้แรงกกระทำ) ก็คือ สีต้องมีความเสถียรบนผนัง ไม่ย้อย และติดแน่น

• การฉีดขึ้นรูปพลาสติก พลาสติกเช่น ขวดน้ำ ท่อ หรืออื่นๆมากมาย ที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน ได้มาจาก การนำพอลิเมอร์ (Polymer) ไปเข้าเครื่องสำหรับฉีด ลงในแม่พิมพ์ มีการให้แรงกระทำโดยการอัดเข้าหัวฉีด ปล่อยให้คงรูปในแม่พิมพ์

ผู้พัฒนาผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้มีการออกแบบ ทดลอง จำลองแรงกระทำต่างๆ เพื่อดูพฤิติกรรม Rheology แล้วนำไปปรับเปลี่ยนเหรือเติมแต่งวัสดุเหล่านั้น เพื่อให้วัสดุประพฤติตามที่ต้องการ นั่นเอง

เครื่องวิเคราะห์ Viscosity และ Rheology

ดังนั้นคำตอบสำหรับคำถาม “มี Viscometer แล้ว Rheometer ยังจำเป็นอยู่หรือไม่ ?” คือ ทั้ง 2 เครื่องวิเคราะห์มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน

• เครื่อง Viscometer

  ใช้สำหรับการวัดความหนืดของของเหลว โดยแบ่งเป็น 2 ประเภท

  • การวัดความหนืดแบบ Kinematic คือการบรรจุตัวอย่างของเหลวในหลอด Capillary ที่มีค่าคงที่ในช่วงที่แตกต่างกัน และปล่อยให้ตัวอย่างไหลด้วยแรงโน้มถ่วง ให้ผลการทดสอบ มีหน่วยเป็น Centistoke (cSt)

• • การวัดความหนืดแบบ Dynamic คือการให้แรงกระทำคงที่ ให้ผลการทดสอบ มีหน่วยเป็น CentiPoise (cP)

• เครื่อง Rheometer

  ใช้สำหรับจำลองแรงกระทำ หรือแรงเฉือน (Shear) ที่แตกต่างกันในหลายๆรูปแบบ และยังสามารถทดสอบหลายช่วงแรงต่อการทดสอบ 1 ครั้ง แบ่งเป็น 2 ประเภทหลักๆ

  • Rotational Rheometer เป็นเครื่องที่จำลองแรงกระทำต่อวัสดุแบบหมุน โดยการใส่ตัวอย่างระหว่างจานหมุน (Plate) 2 Plates โดยกำหนดอัตราการให้แรงหมุน (Shear rate) หรือแรงเฉือน (Shear stress) เป็นช่วง เพื่อทำให้ตัวอย่างเสียรูป (Deform) และดูผลการทดสอบว่าตัวอย่างนั้น มีการต่อต้านการเสียรูป หรือต่อต้านการไหลเป็นอย่างไร โดยการวัดค่าจาก Force Sensor วัดแรงตอบสนองของตัวอย่าง เครืองทดสอบนี้ สามารถรองรับตัวอย่าง ได้ทั้งแบบของแข็ง (ที่สามารถหลอมให้เป็นของเหลวหนืดได้ ณ อุณหภูมิที่ต้องการทดสอบ) และตัวอย่างของเหลว มักจะถูกใช้ในการวิเคราะห์ตัวอย่างประเภทพอลิเมอร์ ครีม อาหาร ยางมะตอย เพื่อใช้ในการวิจัยกระบวนการผลิต การนำไปใช้งาน และการรับรองผลิตภัณฑ์ มักจะรองรับ Shear rate ได้สูงสุด  ไม่เกิน 10⁴ s^-1

• • Capillary Rheometer เป็นเครื่องที่ใช้จำลองแรงกระทำ หรืออัตราเฉือน ที่ค่อนข้างสูง อาจสูงถึง 10⁷ s^-1 โดยการใส่ตัวอย่าง (ที่มักเป็นของแข็ง) เข้าไปหลอมในเตา ณ อุณหภูมิที่ต้องการทดสอบ ใช้ Piston ในการทดตัวอย่างหลอมเข้าไปในหลอดขนาดเล็ก (Capillary) และใช้การวัดความดันของหลอด Capillary ที่มีตัวอย่างนั้น เพื่อนำไปคำนวณเป็นค่าต่างๆด้าน Rheology เช่น Viscosity, Extensional Viscosity, Melt strength เป็นต้น มักใช้กับตัวอย่างที่เป็น Polymer หรือยาง ในกระบวนฉีดขึ้นรูป หรือการ Spray เป็นต้น

Chemical House and Lab Instrument เป็นตัวแทนจำหน่ายเครื่องทดสอบ Viscosity ของแบรนด์ PAC และ เครื่องทดสอบ Rheology ของแบรนด์ NETZSCH ประเทศเยอรมัน

หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติม ติดต่อ ptsales@chemihouse.com หรือ Line OA

หรือสามารถติดต่อผ่านช่องทางด้านล่าง