Reología y propiedades reológicas de los materiales

Reología y propiedades reológicas de los materiales

La reología estudia la deformación y el flujo de la materia. Una ciencia de gran importancia en la industria, puesto que está estrechamente relacionada con la estructura y comportamiento de los materiales. En este post, te explicamos qué es la reología y en qué consisten las propiedades reológicas de los materiales.

¿Qué es la reología?

La reología es la rama de la física que se estudia el modo en que los materiales se deforman o fluyen en respuesta a fuerzas o tensiones aplicadas. Las propiedades de los materiales que rigen la forma específica en que se producen estos comportamientos de deformación o flujo se denominan propiedades reológicas.

En este sentido, fluir puede definirse como una deformación continua en el tiempo. La capacidad de fluir no solo la tienen los gases y los líquidos, sino también los sólidos en mayor o menor grado. De hecho, todos conocemos ejemplos de sólidos que son capaces de deformarse continuamente con el tiempo (fluir), como el asfalto de una carretera tras un uso prolongado.

La caracterización reológica de los materiales, por medio de ensayos reológicos, proporciona una idea general sobre el comportamiento de flujo viscoelástico del sistema y, dado que las respuestas reológicas están estrechamente relacionadas con las estructuras finales del compuesto, constituye un tema de vital importancia a la hora de establecer las características de los nuevos desarrollos y mejorar la innovación en materiales.

Propiedades reológicas y su utilidad

Las propiedades reológicas más comunes son la tensión de fluencia, los tiempos de relajación, la viscosidad y la conformidad.

Las propiedades reológicas estudian el comportamiento de los fluidos sometidos a carga mecánica. La estructura sólida, al tener una forma definida, cuando es sometida a una carga se deforma y se tensiona. Por el contrario, la estructura líquida, al no tener forma definida, cuando se somete a una carga no se deforma ni se tensiona, sino que cambia la posición de los átomos. A este cambio se le conoce por el nombre de fluencia.

Existen numerosos tipos de tensiones que se pueden aplicar a los materiales (por ejemplo, de torsión o de cizallamiento) y además las sustancias pueden soportar diversos grados de tensión.

La propiedad de la reología es la viscosidad, que se define como la medida de la resistencia de un fluido a la deformación gradual por cizallamiento o tensión. En otras palabras, la viscosidad describe la resistencia de un fluido a fluir.

También se realizan ensayos de fluencia que permiten determinar la resistencia de un material a fluir bajo la gravedad. Una prueba muy sensible en la que se aplica una pequeña fuerza y se estudia como el material soportará la fuerza gravitacional. Cuando el movimiento resultante (deformación) es pequeño, es probable que el material sea estable.

La estimación de las características reológicas es relevante para todo tipo de sustancias. Los laboratorios de investigación especializados, como los de Infinitia, prueban las propiedades reológicas de los materiales utilizando una amplia gama de condiciones de cizallamiento y tensión. La caracterización reológica de materiales incluye desde líquidos, adhesivos, soluciones diluidas, como los tensioactivos y los polímeros, hasta cremas, pastas y polímeros sólidos, e incluso, está relacionada con el enfoque de las formulaciones de proteínas.

La comprensión de las propiedades reológicas (de flujo) de un polímero ayuda a obtener propiedades optimizadas del material durante el proceso de moldeo. Las pruebas reológicas pueden determinar si los materiales se procesan correctamente con una degradación mínima del producto. Las pruebas reológicas para medir la viscosidad de un polímero van desde pruebas de un solo punto hasta pruebas de velocidad de cizallamiento variable.

Los datos que aportan estas pruebas pueden utilizarse para muchos propósitos, entre ellos: la garantía de calidad, el desarrollo de productos y para comprender mejor el rendimiento de los materiales. Además, las pruebas reológicas pueden determinar si los materiales se procesan correctamente con una degradación mínima del producto o para entender las propiedades de flujo que son críticas en la aplicación de moldeo de control de calidad.

Tipos de materiales sometidos a ensayos reológicos

Se pueden estudiar las propiedades reológicas de una amplia cantidad de materiales. Las pruebas reológicas de fluidos se realizan mientras el polímero está en la fase de fusión o mientras el polímero se ha disuelto en un disolvente para la viscosidad intrínseca y la viscosidad relativa. Algunos de los fluidos que se pueden analizar incluyen:

  • Aceites
  • Dispersiones
  • Emulsiones
  • Soluciones
  • Lechadas
  • Resinas
  • Lociones
  • Fundidos de polímero
  • Grasas

Como comentábamos, no solo los fluidos pueden someterse a ensayos reológicos, también podemos establecer las propiedades reológicas de los sólidos como, por ejemplo:

  • Placas de polímero
  • Elastómeros
  • Cauchos
  • Fibras
  • Películas
  • Compuestos
  • Termoplásticos
  • Termoestables
  • Artículos moldeados
  • Adhesivos

Los ensayos reológicos pueden medir la viscosidad de un polímero, desde los ensayos de punto único hasta los ensayos de velocidad de cizallamiento variable.

Existen diversas técnicas para medir las propiedades reológicas de los materiales. Algunos son específicamente aplicables a los sistemas coloidales, como los soles y las emulsiones. Los soles son sistemas sólidos en líquido que se utilizan en pinturas y revestimientos, alimentos y bebidas como por ejemplo estudiar la calidad de un alimento procesado, formulaciones farmacéuticas, cosméticos y cuidado personal. Las emulsiones son sistemas de líquido en líquido que suelen utilizarse en pinturas y revestimientos, adhesivos, alimentos, cosméticos, cuidado personal, productos agroquímicos y formulaciones farmacéuticas. Incluso los sistemas no coloidales estándar, como las dispersiones de partículas grandes, el cemento y la cerámica y los minerales también pueden evaluarse.

Podemos concluir que para conocer el comportamiento que tendrá un material, es necesario saber y establecer sus propiedades reológicas. Cada prueba se centra en analizar las formas de mejorar la estabilidad de la muestra y mejorar por lo tanto el material. Ponte en contacto con nuestros expertos para analizar las propiedades reológicas de tus materiales y crear así un producto con un rendimiento mejorado.

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