يُحدِّد Dimethicone 1000 cSt درجة لزوجة سائل سيليكون، تُحدَّد عادةً عند 25°C. ولا يحدّد ذلك قوة التخميد أو زمن الإغلاق أو مقاومة الدوران. فهذه النتائج تعتمد على اللزوجة الديناميكية للسائل عند درجة حرارة التشغيل، وهندسة آلية التخميد، وسرعة الحركة. لذا، يربط التحديد المفيد درجة اللزوجة باستجابة مقاسة للقوة مقابل السرعة أو لعزم الدوران مقابل السرعة، ضمن ظروف محددة.

يتمثل التمييز الأول في الفرق بين اللزوجة الحركية، المعبر عنها بالسنتي ستوكس، واللزوجة الديناميكية التي تدخل في معظم حسابات التخميد. أما التمييز الثاني فهو بين خاصية سائل مقاسة في ظروف مضبوطة وسلوك مجموعة مملوءة بالسائل. وقد يؤدي الخلط بين أي من هذين الزوجين إلى إنتاج مكوّن يبدو مناسبًا خلال اختبار في درجة حرارة الغرفة، لكنه يتحرك ببطء شديد عند بدء التشغيل أو يفقد مقاومته بعد تكرار التشغيل.

ما الذي يحدده تصنيف 1000 cSt فعليًا

تصف اللزوجة الحركية العلاقة بين اللزوجة الديناميكية والكثافة. يساوي السنتي ستوكس الواحد ملليمترًا مربعًا واحدًا في الثانية، لذا فإن 1000 cSt تعادل 1000 mm²/s. ولا يكتمل الرقم من دون تحديد درجة حرارة القياس: فلا يمكن مقارنة قيمة مسجلة عند 25°C مباشرةً بقيمة مسجلة عند 40°C.

التحويل المطلوب للعديد من الحسابات الميكانيكية هو:

اللزوجة الديناميكية = اللزوجة الحركية × الكثافة

عند التعبير عن اللزوجة الحركية بوحدة cSt والكثافة بوحدة g/cm³، تكون النتيجة هي اللزوجة الديناميكية بوحدة mPa·s. وعلى سبيل المثال التوضيحي، إذا بلغت لزوجة سائل 1000 cSt وكانت كثافته 0.97 g/cm³ عند درجة الحرارة نفسها، فستكون لزوجته الديناميكية 970 mPa·s، أو 0.97 Pa·s. والكثافة في هذا المثال افتراضية، وليست مواصفة تنطبق على كل درجات Dimethicone.

يتطلب وصف «1000 cSt» أيضًا تحديد نطاق السماحية. فالتصنيف الاسمي للدرجة لا يوضح النطاق المسموح به للدفعة، ولا ما إذا كانت القيمة المذكورة خاصية نموذجية، ولا ما إذا كان يجري اختبار كل دفعة. وتؤدي ورقة البيانات الفنية وشهادة التحليل غرضين مختلفين: إذ تصف الأولى الدرجة، بينما تسجل الثانية النتائج الخاصة بالدفعة عند إجراء الاختبارات.

يشير Dimethicone عمومًا إلى بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان، أو PDMS. ولا يضمن تطابق تصنيف اللزوجة وحده تطابق توزيع الوزن الجزيئي أو محتوى المواد المتطايرة أو الإضافات أو الملاءمة لآلية تخميد معينة.

كيف تتحول اللزوجة إلى مقاومة للحركة

في فجوة قص بسيطة، تنشأ مقاومة السائل عندما يتحرك سطح بالنسبة إلى سطح آخر. وفي التدفق الصفحي لسائل نيوتوني، مع خلوص موحد وإهمال تأثيرات الحواف، يمكن استخدام التقريب التالي:

F = μAv/h

حيث تمثل F قوة المقاومة، وμ اللزوجة الديناميكية، وA مساحة القص، وv السرعة النسبية للسطح، وh سُمك طبقة السائل. وتوضح هذه العلاقة سبب عدم إمكانية التنبؤ بالتخميد استنادًا إلى رقم اللزوجة وحده. فزيادة المساحة المبتلة ترفع القوة، بينما تؤدي زيادة الخلوص إلى خفضها. ويمكن لتغيير الأبعاد أن يعادل أثر تغيير درجة السائل.

على سبيل المثال، وفق هذه الافتراضات، تؤدي مضاعفة اللزوجة الديناميكية إلى مضاعفة قوة المقاومة عند سرعة ثابتة. كما تؤدي مضاعفة القوة إلى خفض الخلوص إلى النصف. وهذه علاقات نموذجية، وليست نتائج مضمونة لمخمّد كامل، إذ تسهم التسربات والأختام والتدفق المدفوع بالضغط وتغير الهندسة في مقاومة إضافية.

يعمل المخمّد الدوّار وفق المبدأ الفيزيائي نفسه، لكن السرعة الموضعية للسطح تزداد مع نصف القطر. لذلك يعتمد عزم الدوران على توزيع أنصاف أقطار أسطح العمل، إضافةً إلى اللزوجة والخلوص. وقد تنتج مجموعتان تحتويان على الحجم نفسه من السائل عزمَي دوران مختلفين كثيرًا إذا اختلفت هندسة العمل التي يشغلها ذلك السائل.

يختلف سلوك الممرات الضيقة التي يمر فيها التدفق بفعل الضغط عن سلوك فجوات القص البسيطة. ففي التدفق الصفحي عبر ممر ضيق، يمكن أن تؤدي التغييرات البسيطة في الأبعاد إلى تغيرات كبيرة في هبوط الضغط. وعندما تصبح تأثيرات القصور الذاتي أو خسائر المدخل أو الاضطراب مهمة، لا تعود المقاومة تتناسب طرديًا مع اللزوجة. لذلك، قد يؤدي اختيار سائل أعلى لزوجة للتعويض عن بُعد ممر غير مضبوط إلى نتائج غير متسقة بين المجموعات.

تغيّر درجة الحرارة درجة اللزوجة أثناء التشغيل

يُظهر انخفاض لزوجة سوائل السيليكون مع ارتفاع درجة الحرارة عمومًا تغيرًا أقل مما يظهره كثير من الزيوت المعدنية التقليدية، إلا أن لزوجتها تظل تنخفض مع ارتفاع الحرارة. ومدخل التصميم ذي الصلة هو اللزوجة ضمن نطاق التشغيل الفعلي، بما يشمل بدء التشغيل على البارد ودرجة الحرارة التي يصل إليها السائل أثناء تكرار الحركة.

لا يمكن لقياس واحد في درجة حرارة الغرفة تحديد هذا النطاق. وتكون بيانات اللزوجة مقابل درجة الحرارة للدرجة المحددة أنفع من ادعاء عام بالثبات الحراري. فالثبات الكيميائي، واحتفاظ السائل بلزوجته أثناء التقادم، والاستجابة الفورية للزوجة مع تغير الحرارة، خصائص منفصلة.

في الحركة الخطية، تكون القدرة الميكانيكية التي يبددها التخميد مساوية تقريبًا للقوة مضروبة في السرعة. وفي الحركة الدورانية، تساوي عزم الدوران مضروبًا في السرعة الزاوية. وتتحول هذه الطاقة إلى حرارة. لذلك، قد ينتج عن شوط مختبري قصير واختبار دورات مستمر مقاومة مختلفة، حتى إن بدآ عند درجة الحرارة المحيطة نفسها.

يجب أن يشمل تكييف درجة الحرارة السائل الموجود داخل المكوّن. فوصول هواء الحجرة إلى نقطة الضبط لا يثبت أن السائل الداخلي قد بلغ الاتزان الحراري، خصوصًا في مبيت كبير أو مجموعة تضم أجزاءً عازلة.

متى تتوقف المقاومة المقاسة عن اتباع اللزوجة

غالبًا ما يكون التقريب النيوتوني مفيدًا لسوائل PDMS غير المعدّلة في ظروف تشغيل معتدلة، لكن ينبغي التحقق منه ضمن نطاق معدلات القص ذات الصلة. ففي فجوة بسيطة، يُقارب معدل القص سرعة السطح مقسومة على الخلوص. لذلك، قد تؤدي سرعة حركة متواضعة عبر خلوص صغير جدًا إلى معدل قص أعلى بكثير من حركة تبدو قوية في وعاء مفتوح.

إذا كانت المادة تحتوي على مواد مالئة أو مكثفات أو معدّلات أخرى، تصبح نتيجة اللزوجة الواحدة أقل دلالة. ويتطلب السلوك المعتمد على القص منحنى تدفق وإجراء قياس محددًا. كما أن التعرض لقص مفرط أو لدرجة حرارة مرتفعة قد يغير الاستجابة، لذا فإن الاستقراء إلى ما لا نهاية اعتمادًا على قياس اللزوجة عند قص منخفض غير موثوق.

يُدخل احتكاك الأختام تمييزًا آخر. فارتفاع قوة بدء الحركة، يعقبه انخفاض المقاومة أثناء الحركة، يشير غالبًا إلى الاحتكاك السكوني أو التصاق الختم. وتؤدي زيادة لزوجة السائل إلى رفع المساهمة اللزجة في المقاومة، لكنها لا تعالج بالضرورة الالتصاق الأولي. ويساعد تسجيل المقاومة عند سرعات متعددة على التمييز بين هذه التأثيرات: فالمساهمة التي لا تتغير تقريبًا مع السرعة توحي بالاحتكاك، بينما تتوافق المساهمة المتزايدة مع تخميد لزج.

يؤدي الهواء إلى نمط مختلف. فوجود فقاعات محتجزة يزيد قابلية الانضغاط، ما ينتج مقاومة متأخرة أو حركة شبيهة بحركة النابض أو استجابة غير منتظمة عند تغيير الاتجاه. وقد يؤدي ضعف إعادة الإمداد أيضًا إلى حدوث تجويف موضعي أثناء الحركة السريعة. وتتطلب هذه السلوكيات الاهتمام بالتعبئة والتنفيـس والضغط وتصميم مسار التدفق؛ فتغيير اللزوجة وحده لا يحدد سببها.

يحدد التوافق ما إذا كان التخميد سيظل مستقرًا

يجب أن يظل السائل متوافقًا مع الأختام واللدائن والطلاءات والمواد اللاصقة وأي بقايا من مواد المعالجة. وتفيد جداول المقاومة الكيميائية في الفحص الأولي، لكن اختبارات المجموعة هي التي تثبت ما إذا كان تركيب معين يحافظ على الأبعاد والمتانة الميكانيكية وأداء الإحكام في ظروف التعرض المقصودة.

تستحق مطاطات السيليكون اهتمامًا خاصًا، إذ يمكن لبعض سوائل السيليكون أن تسبب انتفاخها. كما يختلف التوافق باختلاف تركيبة المطاط ونظام المعالجة ودرجة الحرارة ومدة التعرض. ولا يكفي الاسم العام للمادة لإثبات ملاءمة تركيبة الختم.

يسمح انخفاض التوتر السطحي لسائل السيليكون بالانتشار داخل الفجوات الصغيرة وعلى الأسطح. وقد ينتقل سائل يبدو محصورًا بما يكفي خلال اختبار قصير أثناء التخزين المطول أو دورات التغير الحراري المتكررة. وينبغي أن يدفع ظهور الزيت عند وصلة العمود أو المبيت إلى فحص مسار الإحكام وظروف الضغط، إلى جانب اللزوجة.

تكتسب الهوية الكيميائية أهمية عند تقييم البدائل أو التلوث.2-Ethyl-1,3-hexanediol CAS#94-96-2 هو ثنائي كحول عضوي يُستخدم في تطبيقات تشمل التخليق الكيميائي والاستخلاص؛ وهو مختلف كيميائيًا عن PDMS. ولا يمكن لكثافته أو مظهره السائل أو نطاق غليانه أن يثبت تكافؤ سلوكه في التخميد أو توافقه مع مجموعة مملوءة بالسيليكون. ويتطلب استبداله أدلة خاصة بالتطبيق.

القياسات التي تجعل مقارنة الدرجات ذات معنى

ينبغي أن تحدد نتيجة اللزوجة طريقة القياس ودرجة الحرارة والوحدات ونطاق القبول. وتحدد القياسات الشعرية المعايرة اللزوجة الحركية من سلوك التدفق المضبوط. أما القياسات الدورانية فتحدد اللزوجة من العلاقة بين الحركة المفروضة وعزم المقاومة. وتتطلب النتائج أجهزة مناسبة وضبطًا لدرجة الحرارة وإجراءات ملائمة للسائل؛ ولا ينبغي اعتبار القيم الناتجة عن طرق مختلفة قابلة للتبادل دون مراعاة ظروف قياسها.

عند إجراء مقارنات حساسة لدرجة الحرارة، تحتاج العينة إلى وقت كافٍ للوصول إلى الاتزان الحراري. ويمكن أن تؤدي الفقاعات والتلوث وسجل المناولة إلى اختلافات تُعزى خطأً إلى الدرجة الاسمية. وتساعد عينة مرجعية محتفظ بها على التمييز بين تغير المادة وانحراف القياس.

بعد ذلك، ينبغي لاختبار المجموعة أن يربط الخاصية المختبرية بالحركة المقصودة:

1. حدّد الاستجابة بمصطلحات ميكانيكية: عزم المقاومة عند سرعات دوران محددة، أو القوة عند سرعات خطية محددة، أو زمن الحركة تحت حمل مضبوط.
2. حدّد حالة تعبئة قابلة للتكرار. فكمية السائل والحيز الهوائي وإزالة الفقاعات واتجاه المجموعة تؤثر في النتيجة، خصوصًا عندما يجب أن تظل ممرات التدفق مغمورة.
3. قِس الأداء ضمن نطاق درجات الحرارة والسرعات المطلوبة. وأدرج سلوك بدء التشغيل والتشغيل الدوري المستمر إذا كان كلاهما يحدث أثناء الاستخدام.
4. بعد التعرض للدورات وظروف التخزين ذات الصلة، أعد القياس المرجعي وافحص فقدان السائل أو التغيرات في المواد المتلامسة.

قد يخفي زمن الحركة وحده مصدر التغير. فعلى سبيل المثال، تجمع آلية تعمل بنابض بين عزم النابض والاحتكاك ومقاومة السائل. وقد ينتج طول زمن الإغلاق عن ارتفاع اللزوجة أو انخفاض عزم الدفع أو زيادة احتكاك الختم. ويتيح تسجيل عزم الدوران أو القوة إلى جانب الحركة مقارنةً أسهل في التفسير.

اختيار تغيير اللزوجة أو الهندسة

تُعد الدرجة الأعلى لزوجة خيارًا معقولًا للتطوير عندما تكون المقاومة منخفضة باستمرار على امتداد نطاق التشغيل المطلوب، وتظل الآلية خاضعة في أدائها للتدفق اللزج. وينبغي إجراء المقارنة باستخدام اللزوجة الديناميكية عند كل درجة حرارة تشغيل، لا باستخدام قيم cSt الاسمية عند درجة الحرارة المرجعية وحدها.

إذا كانت المقاومة عند البرودة مفرطة أصلًا، بينما لا تكفي عند السخونة، فإن رفع اللزوجة المرجعية سيزيد الحالة الباردة سوءًا. ويستدعي هذا النمط فحص منحنى اللزوجة مقابل درجة الحرارة واستجابة الآلية للحرارة. وإذا كانت الحركة الأولية وحدها مفرطة، فإن احتكاك الختم مؤشر أقوى. وإذا تفاوت أداء المجموعات المتطابقة اسميًا تفاوتًا كبيرًا، فينبغي فحص الخلوص وحالة التعبئة والتسرب قبل اختيار درجة أخرى.

لذلك، يجمع التحديد القابل للدفاع عنه لـ Dimethicone 1000 cSt بين نطاق قبول محدد للسائل ومتطلب لأداء المجموعة. وينبغي أن يحدد الرسم وإجراء الاختبار الهندسة ذات الصلة وحالة التعبئة ودرجة الحرارة والحركة والمقاومة المسموح بها. وبذلك يصبح من الممكن قياس أثر تغير دفعة السائل أو أبعاد المكوّن بالرجوع إلى المتطلب الوظيفي نفسه.