Aging, rejuvenation and thixotropy in complex fluids. Time-dependence of the viscosity at rest and under constant shear rate or shear stress
Résumé
Complex fluids exhibit time-dependent changes in viscosity that have been ascribed to both thixotropy and aging. However, there is no consensus for which phenomenon is the origin of which changes. A novel thixotropic model is defined that incorporates aging. Conditions under which viscosity changes are due to thixotropy and aging are unambiguously defined. Viscosity changes in a complex fluid during a period of rest after destructuring exhibit a bifurcation at a critical volume fraction PHIc2. For volume fractions less than PHIc2, the viscosity remains finite in the limit t => infinite. For volume fractions above critical the viscosity grows without limit, so aging occurs at rest. At constant shear rate there is no bifurcation, whereas under constant shear stress the model predicts a new bifurcation in the viscosity at a critical stress sB , identical to the yield stress sy observed under steady conditions. The divergence of the viscosity for stress s < sB is best defined as aging. However, for s > sB , where the viscosity remains finite, it seems preferable to use the concepts of restructuring and destructuring, rather than aging and rejuvenation. Nevertheless, when a stress sA (< sB) is applied during aging, slower aging is predicted and discussed as true rejuvenation. Plastic behaviour is predicted under steady conditions when s > sB. The Herschel-Bulkley model fits the flow curve for stresses close to sB, whereas the Bingham model gives a better fit for s >> sB. Finally, the model's predictions are shown to be consistent with experimental data from the literature for the transient behaviour of laponite gels.
Un modèle thixotrope qui décrit la viscosité η(t) au cours d’une période de repos, consécutive à une déstructuration, prédit l’existence d’une bifurcation pour une fraction volumique critique φc2 . Pour φ < φc2 , la limite η(t → ∞ ) reste finie tandis que pour φ ≥ φc2 , la viscosité croît sans limite. C’est dans ce second domaine qu’a lieu le vieillissement. A l’inverse de l’absence de bifurcation lorsque le système est sous vitesse de cisaillement constante, le même modèle prédit l’existence, sous contrainte constante σ , d’une nouvelle bifurcation de η(t) pour une contrainte critique σB qui s’identifie au seuil de contrainte σy observé en régime stationnaire. La divergence de η(t) lorsque σ ≤ σB est de nouveau associée au vieillissement, mais il semble préférable d’utiliser les concepts de restructuration et de déstructuration plutôt que de vieillissement et de rajeunissement dans le domaine σ > σB où la viscosité reste finie. Néanmoins, lorsqu’on applique une contrainte σA à un système en cours de vieillissement, le modèle prédit (si σ A ≤ σB) un ralentissement du vieillissement qui semble pouvoir être considéré comme un véritable rajeunissement. De plus, le comportement plastique, qui est prédit en régime stationnaire dans le domaine σ > σB , est conforme au modèle d’Herschel-Bulkley au voisinage de σB mais à celui de Bingham pour σ >> σB . Finalement, les prédictions du modèle sous vitesse de cisaillement constante, sont discutées par comparaison avec des mesures de vieillissement et de rajeunissement dans des gels de laponite
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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