Using a Rheometries Dynamic Analyzer (RDA II), the dynamic viscoelastic properties of a semi-solid ointment base (vaseline) in large amplitude oscillatory shear flow fields were measured over a temperature range of $25{\sim}45^{\circ}C$ and the linear viscoelastic behavior in small amplitude oscillatory shear flow fields was investigated over a wide range of angular frequencies. In this article, the nonlinear viscoelastic behavior was reported from the experimentally obtained data and the effect of temperature on this behavior was discussed in detail. In addition, the angular frequency and temperature dependencies of a linear viscoelastic behavior were explained. Finally, the applicability of a time-temperature superposition principle originally developed for polymeric materials was examined using a shift factor. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) At very small strain amplitude region, vaseline shows a linear viscoelastic behavior independent of the imposed deformation magnitudes. Above a critical strain amplitude $({\gamma}_{0}=0.1{\sim}0.2%)$, however, vaseline exhibits a nonlinear viscoelastic behavior ; indicating that both the storage modulus and dynamic viscosity are sharply decreased with increasing deformation magnitude. (2) In large amplitude oscillatory shear flow fields, an elastic behavior (storage modulus) has a stronger strain amplitude dependence and begins to show a nonlinear behavior at a smaller strain amplitude region than does a viscous behavior (dynamic viscosity). (3) In small amplitude oscillatory shear flow fields, the storage modulus as well as the loss modulus are continuously increased as an increase in angular frequency and an elastic nature is always superior to a viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (4) A time-temperature superposition principle can successfully be applicable to vaseline. This finding allows us to estimate the dynamic viscoelastic behavior of vaseline over an extraordinarily extended range (11 decades) of angular frequencies inaccessible from the experimentally measured range (4 decades).
A highly dispersed W/O emulsion of silicone oil (cyclomethicone)/water system was prepared with a nonionic surfactant. The surface and interfacial tension between the oil and water were characterized in terms of the droplet size distribution and viscosity change of the emulsion. When the dispersed phase concentration was relatively high, the viscosity of the emulsion was rapidly increased and the droplet size of the emulsion was decreased. The rheological behavior of the emulsion system showed non-Newtonian and shear thinning phenomena depending upon the content of the dispersed phase. The droplet size of the emulsion was decreased with increasing surfactant content and water concentration. The relative viscosity of the emulsion was better predicted with the Choi-Schowalter model than with the Taylor model. The value of the complex modulus increased with increasing surfactant concentration. The linear viscoelastic region was expanded with a dispersed phase concentration. According to the change in the viscosity, the behavior was classified into three distinct regions: [I] linear viscoelastic, [II] partially viscoelastic, and [III] viscous. The creep/recovery behaviors in each region were characterized.
An, Bong-Jeun;Lee, Jin-Tae;Lee, Chang-Eon;Son, Jun-Ho;Lee, Jin-Young;Park, Tae-Soon
Applied Biological Chemistry
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v.48
no.3
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pp.273-279
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2005
To develop cosmetics using Jindalae flowers (Rhododendron mucronulatum), the surface tensions of extracts were measured and the properties and stability of cream with extracts were investigated. The surface tension of 0.1% ethanol extract was 30.42 mN/m and that of distilled water was 72.2 mN/m. The surface tension of cream with 0.1% ethanol extract was similar to that of sample cream and the measured pH were weakly alkalic. The surface tension of 1% ethanol extract was the lowest value of 24.98 mN/m, the measured pH of cream with 1% ethanol extract was weakly acidic and the particle size of cream was stable. According to an oscillatory test, linear viscoelastic region was extended by adding of 1% water extract and 1% ethanol extract to cream, indicating that the cream had greater enhanced resistance for preserving inner structure as compared to outside stress. Besides, as a result of the diminished loss angle of ethanol extract cream, the elasticity of cream was increased more than that of sample cream and cream with 0.1% ethanol extract. In contrast, in the case of the increased loss angle of water extract cream, the viscosity of cream was increased. In conclusion, Rhododendron mucronulatum can be deliberated as a cosmetic material because 0.1% water and ethanol extracts showed efficacious physiological activities and cream with 1% extracts could extend linear viscoelastic region.
The effects of particle size distribution on the magnetorheological response of inverse ferrofluids was investigated using controlled mixtures of two monodisperse non-magnetisable powders of sizes $4.6\;{\mu}m\;and\;80{\mu}m$ at constant volume fraction of 30%, subjected to large amplitude oscillatory shear flow. In the linear viscoelastic regime (pre-yield region), it was found that the storage and loss moduli were dependent on the particle size as well as the proportion of small particles, with the highest storage modulus occurring for the monodisperse small particles. In the nonlinear regime (post yield region), Fourier analysis was used to compare the behaviour of the $1^{st}\;and\;3^{rd}$ harmonics ($I_{1}\;and\;I_{3}\;respectively$) as well as the fundamental phase angle as functions of the applied strain amplitude. The ratio of $I_{3}/I_{1}$ was found to become more pronounced with decreasing particle size as well as with increasing proportion of small particles in the bidisperse mixtures. Furthermore, the phase angle was able to clearly show the transition from solid-like to viscous behaviour. The results suggested that the nonlinear response of a bidisperse IFF is dependent on particle size as well as the proportion of small particles in the system.
Precision injection molding process is of great importance since precision optical products such as CD, DVD and various lens are manufactured by those process. In such products, birefringence affects the optical performance while residual stress that determines the geometric precision level. Therefore, it is needed to study residual stress and birefringence that affect deformation and optical quality, respectively in precision optical product. In the present study, we tried to predict residual stress, final shrinkage and birefringence in injection molded parts in a systematic way, and compared numerical results with the corresponding experimental data. Residual stress and birefringence can be divided into two parts, namely flow induced and thermally induced portions. Flow induced birefringence is dominant during the flow, whereas thermally induced stress is much higher than flow induced one when amorphous polymer undergoes rapid cooling across the glass transition region. A numerical system that is able to predict birefringence, residual stress and final shrinkage in injection molding process has been developed using hybrid finite element-difference method for a general three dimensional thin part geometry. The present modeling attempts to integrate the analysis of the entire process consistently by assuming polymeric materials as nonlinear viscoelastic fluids above a no-flow temperature and as linear viscoelastic solids below the no-flow temperature, while calculating residual stress, shrinkage and birefringence accordingly. Thus, for flow induced ones, the Leonov model and stress-optical law are adopted, while the linear viscoelastic model, photoviscoelastic model and free volume theory taking into account the density relaxation phenomena are employed to predict thermally induced ones. Special cares are taken of the modeling of the lateral boundary condition which can consider product geometry, histories of pressure and residual stress. Deformations at and after ejection have been considered using thin shell viscoelastic finite element method. There were good correspondences between numerical results and experimental data if final shrinkage, residual stress and birefringence were compared.
Although the reptational model of Doi and Edwards gives a successful description of viscoelasticity of flexible linear polymers, the success is restricted to the terminal region./sup 1/ There have been several attempts to modify the Doi-Edwards model to describe wider range of time or frequency./sup 2-6/ This paper suggests a simple phenomenological model which can describe wider range of molecular weight than such molecular models can. Although our model is a phenomenological one, it is practical and convenient to predict the effect of molecular weight distribution on linear viscoelastic data because of its simple mathematical form.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.19
no.1
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pp.37-43
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2015
This paper presents a detailed procedure for a nonlinear soil-structure interaction of a seismically isolated NPP(Nuclear Power Plant) structure using the boundary reaction method (BRM). The BRM offers a two-step method as follows: (1) the calculation of boundary reaction forces in the frequency domain on an interface of linear and nonlinear regions, (2) solving the wave radiation problem subjected to the boundary reaction forces in the time domain. For the purpose of calculating the boundary reaction forces at the base of the isolator, the KIESSI-3D program is employed in this study to solve soil-foundation interaction problem subjected to vertically incident seismic waves. Wave radiation analysis is also employed, in which the nonlinear structure and the linear soil region are modeled by finite elements and energy absorbing elements on the outer model boundary using a general purpose nonlinear FE program. In this study, the MIDAS/Civil program is employed for modeling the wave radiation problem. In order to absorb the outgoing elastic waves to the unbounded soil region, spring and viscous-damper elements are used at the outer FE boundary. The BRM technique utilizing KIESSI-3D and MIDAS/Civil programs is verified using a linear soil-structure analysis problem. Finally the method is applied to nonlinear seismic analysis of a base-isolated NPP structure. The results show that BRM can effectively be applied to nonlinear soil-structure interaction problems.
Cosmetics are representative complex fluids, and there have been many studies focusing on the correlation between the rheological properties and sensory attributes. Various instrumental measurements have been suggested to evaluate the sensory attributes, and one of the most common instruments is Texture Analyzer (TA). Although it is reported that the adhesiveness measured by TA is related to the stickiness of cosmetics, there exists reproducibility problem because measurements with TA are sensitive to application conditions. In this study, an instrumental protocol using rotational rheometer has been set up to measure the stickiness of cosmetics. This protocol consists of two steps. The first step is a preconditioning step, and various types of shear deformations are applied to the samples. The next step is the extensional flow and the axial force is measured. When the amplitude of the shear flow corresponded to the linear viscoelastic region, the axial force is the same as those without preconditioning. On the other hand, an axial force decreases as variation nonlinearity increases. It is because the effects of microstructure changes caused by nonlinear deformation affects the extensional flow. It is worth noting that a new protocol facilitates to evaluate the stickiness of cosmetics in a more systematic way.
The emulsion stability of cosmetic creams based on the water-in-oil (W/O) high internal phase emulsions (HIPEs) containing water, squalane oil and cetyl dimethicone copolyol was investigated with various compositional changes, such as electrolyte concentration, oil polarity and water phase volume fraction. The rheological consistency was mainly destroyed by the coalescence of the deformed water droplets. The slope change of complex modulus versus water phase volume fraction monitored in the linear viscoelastic region could be explained with the resistance to coalescence of the deformed interfacial film of water droplets in concentrated W/O emulsions: the greater the increase of complex modulus was, the more the coalescence occurred and the less consistent the emulsions were. Emulsion stability was dependent on the addition of electrolyte to the water phase. Increasing the electrolyte concentration increased the refractive index of the water phase, and thus decreased the refractive index difference between oil and water phases. This decreased the attractive force between water droplets, which resulted in reducing the coalescence of droplets and increasing the stability of emulsions. Increasing the oil polarity tended to increase emulsion consistency, but did not show clear difference in cream hardness among the emulsions.
Using a Rheometrics Fluids Spectrometer(RFS II), the steady shear flow and the small-amplitude dynamic viscoelastic properties of three kinds of semi-solid food materials(mayonnaise, tomato ketchup, and wasabi) have been measured over a wide range of shear rates and angular frequencies. The shear rate dependence of steady flow behavior and the angular frequency dependence of dynamic viscoelastic behavior were reported from the experimentally measured data. In addition, some viscoplastic flow models with a yield stress term were employed to make a quantitative evaluation of the steady flow behavior, and the applicability of these models was also examined in detail. Furthermore, the correlations between steady shear flow(nonlinear behavior) and dynamic viscoelastic(linear behavior)properties were discussed using the modified power-law flow equations. Main results obtained from this study can be summarized as follows : (1) Semi-solid food materials are regarded as viscoplastic fluids having a finite magnitude of yield stress, and their flow behavior shows shear-thinning characteristics, exhibiting a decrease in steady flow viscosity with increasing shear rate. (2) The Herschel-Bulkley, Mizrahi-Berk, and Heinz-Casson models are all applicable to describe the steady flow behavior of semi-solid food materials. Among these models, the Heinz-Casson model has the best validity. (3) Semi-solid food materials show a stronger shear-thinning behavior at shear rate region higher than a critical shear rate where a more progressive structure breakdown takes place. (4) Both the storage and loss moduli are increased with increasing angular frequency, but they have a slight dependence on angular frequency. The elastic behavior is dominant to the viscous behavior over a wide range of angular frequencies. (5) All of the steady flow, dynamic, and complex viscosities are well satisfied with the power-law model behavior. The relationships between steady shear flow and dynamic viscoelastic properties can well be described by the modified forms of the power-law flow equations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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