7. Реологические методы анализа

Наличие у пищевых продуктов специфической внутренней структуры оп-ределяет их механические свойства – упругость, пластичность, вязкость, проч-ность.

По Ребиндеру, различают два основных типа дисперсных структур:

– коагуляционная (силы Ван-дер-Ваальса действуют через жидкие про-слойки);

– конденсационно-кристаллизационная (образуется в процессе конденса-ции полимеров или кристаллизации из растворов и расплавов); характеризует-ся весьма прочными химическими связями, при этом отдельные частицы сра-стаются и жидкие прослойки между ними отсутствуют.

При изучении свойств пищевых материалов исследуется развитие дефор-мации во времени. Изучают следующие виды деформации:

– сжатие–растяжение (напряжение действует перпендикулярно поверх-ности образца);

– сдвиг (напряжение действует по касательной образца – тангенциально).

Под напряжением (Р) подразумевают меру интенсивности взаимодействия отдельных частиц анализируемого тела при его деформации.

Результаты исследования структурно-механических свойств выражают в виде кривых кинетики деформации.

Существует два типа таких кривых, представленных на рис. 7.1, 7.2.

Первый тип. Р < Р_Т, т.е. приложенное напряжение меньше предела текучести (рис. 7.1).

Нагрузка

Разгрузка

Рис. 7.1. Кривая кинетики деформации при Р < Р_Т ; Р = const, ε – деформация (относительное удлинение) образца; τ – время

При мгновенном действии напряжения возникает упругая деформация как мгновенная реакция тела на внешнее воздействие (ε₀); величина ε₀ определяется силами первичных химических связей.

Вслед за упругой деформацией во времени развивается высокоэластичная деформация, характеризуемая силой связи между отдельными макромолеку-лами и их звеньями.

Когда устанавливается равновесие между действующим напряжением и силами внутреннего сопротивления тела, ε достигает максимального значения (ε_т), и конечный участок кривой до точки С является линейным.

В точке С напряжение снимают (Р = 0), и деформация спадает до нуля по кривой DF. Таким образом, система полностью восстанавливает форму.

Такой тип кривых в основном характерен для пищевых студней.

Второй тип. Р > Р_Т, т.е. приложенное напряжение больше предела теку-чести.

После возникновения мгновенной упругой деформации (ε₀) остаточная деформация непрерывно нарастает с постоянной скоростью, характеризуемой величиной tg α (рис. 7.2).

Максимальная деформация (ε_т) определяется отрезком, отсекаемым на оси ординат касательной к конечному (линейному) участку кривой АС:

, (7.1)

где ε_т – ε₀ = ε_э – величина эластической деформации.

Нагрузка

Разгрузка

Рис. 7.2. Кривая кинетики деформации при Р > Р_Т ; Р = const, ε – деформация (относительное удлинение) образца; τ – время

В точке С напряжение снимают, упругая деформация исчезает. С увели-чением времени кривая DF, характеризующая восстановление эластической де-формации, ассимптотически приближается к конечному значению остаточной деформации ε_ост .

По приведенным кривым деформации можно определить следующие ха-рактеристики:

– модуль мгновенной упругости сдвига

; (7.2)

– модуль эластичности

; (7.3)

– пластическая вязкость

, (7.4)

где Р´ = Р - Р_Т;

– условная вязкость

, (7.5)

где члены в знаменателе определяются наклоном начального и конечного участка реологической кривой к оси абсцисс.

Для структурированных дисперсных систем

– упругость (%)

, (7.6)

– пластичность (%)

, (7.7)

– эластичность (%)

. (7.8)

Упругость – способность тела восстанавливать форму после снятия нагруз-ки.

Эластичность – способность материала при незначительных усилиях испы-тывать упругие обратимые деформации без разрушения.

Пластичность – свойство тел необратимо деформироваться под действием нагрузки.