химический каталог




РЕОЛОГИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

РЕОЛОГИЯ (от греческого rheos-течение, поток и logos-слово, учение), наука, изучающая деформационные свойства реальных тел. РЕОЛОГИЯ рассматривает действующие на тело механические напряжения и вызываемые ими деформации, как обратимые, так и необра тимые (остаточные). В узком смысле-термин "Р." иногда относят только к изучению течения вязких и пластичных тел. Объектами РЕОЛОГИЯ являются самые разнообразные материалы: полимеры (расплавы, растворы, армированные и наполненные композиц. материалы, резины), дисперсные системы (пены, эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлы и сплавы (особенно при высоких температурах), нефтепродукты, грунты, гор-ные породы, строит. материалы (бетоны, битумы, силикаты), пищевая продукты и т.п. Биореология изучает механические свойства биологических жидкостей (крови, синовиальной, плевральной жидкостей) и деформационные свойства мышц, сосудов и пр.

Термин "Р." предложен Ю. Бингамом; официально принят в 1929.

Осн. задача РЕОЛОГИЯ-установление зависимости между механические напряжениями s и деформациями e, а также их изменениями во времени t; уравение f(s, e, t) = 0 называют реологич. уравением состояния (РУС). Знание РУС необходимо для решения гидродинамич. задач, а также для количественное описания поведения техн. материалов при произвольных условиях нагружения. Осн. внимание уделяется таким условиям нагружения, когда одновременно проявляются вязкие и пластич. или вязкие и упругие свойства вещества. РЕОЛОГИЯ также рассматривает задачу установления соответствия между особенностями деформационные поведения конкретного материала и его структурой.

Простейшие (предельные) РУС-линейные соотношения между деформацией (или скоростью деформации) и напряжением. Для твердых тел это-закон Гука s = Ee, где s-нормальное (растягивающее) напряжение, e-относит. деформация растяжения, Е- модуль упругости; для жидкостей-закон Ньютона-Стокса, где т-касательное напряжение,-скорость деформации сдвига, h-сдвиговая вязкость. Соотв. определяют два крайних по своему деформационные поведению типа сред-упругое тело, при деформировании которого не происходит диссипации (рассеяния) энергии, и жидкость, не способная запасать энергию деформирования.

Существуют три основные реологич. модели для тел, не подчиняющихся этим соотношениям: вязкоупругие (и упруговяз-кие) среды, пластичные тела и неньютоновские жидкости. Реальные материалы могут сочетать механические свойства, характерные для различные моделей. При достаточно малых напряжениях, деформациях или скорости деформирования все РУС линейны, но при возрастании деформаций или напряжений механические поведение тела становится более сложным и описывается нелинейными РУС. Соотв. различают линейные и нелинейные тела (среды, материалы).

Вязкоуиругость (и yпpyговязкость). Для линейной вязко-упругой жидкости напряжение s0, возникающее при задании ступенчатой деформации e = const, убывает (релаксирует) до нуля по закону: s = s0f(t), где f(t)-т. называют функция релаксации, не зависящая от s0. В простейшем случае f(t) = = е-t/q, где q-время релаксации. Жидкость, функция релаксации которой выражается одним экспоненц. слагаемым, называют максвелловской. В общем случае f(t) может быть представлена суммой экспонент, что равнозначно существованию набора (спектра) времен релаксации. Релаксацию напряжения иногда описывают уравением Кольрауша: , где k и n-эмпирическая постоянные. Такой подход применяют для резиновых смесей, растворов полимеров, лакокрасочных материалов и др.

Для линейного упруговязкого Твердого тела при скачкообразном задании напряжения s = const деформация изменяется во времени по закону: e = e0y(t), где e0-начальная деформация, а y(t)-так называемой функция ползучести (функция крипа), не зависящая от s. В простейшем случае y(t) = 1 — — е-t/l, где l-время запаздывания; в общем случае y(t) выражается суммой экспоненц. слагаемых. Твердое тело, свойства которого описываются реологич. моделью с одним временем запаздывания, называют телом Кельвина-Фойхта.

Для сложного процесса механические воздействия в области линейного поведения тела, т.е. когда f(t) не зависит от e, а y(t)-от s, справедлив принцип суперпозиции Больцмана, согласно которому реакция тела на любое последующее на гружение не зависит от действия всех предшествующих нагрузоколо Математически этот принцип выражается РУС в виде интеграла Больцмана-Вольтерры:



где Е,-равновесный (остаточный) модуль упругости (для жидкости Е, = 0),-скорость относит. деформации. Для нелинейных вязкоупругих сред, т. е. когда s перестает быть пропорциональным e, принцип суперпозиции Больцмана не применим. Возможны различные способы его обобщения. Так, значение s(t) может быть представлено функционалом от скорости нагружения, температуры и др. характеристик предыстории нагружения, т.е. d определяется процессом изменения этих характеристик. Разложение функционала в ряд дает сумму интегралов в интервале времени (0, t), ядра интегралов выражают деформационные свойства материала. Такой подход применяют при расчетах композиц. материалов (стеклопластиков и др.). Согласно др. подходу, релаксац. спектр тела (среды) предполагается зависящим от e, или s. Так, уравение Александрова-Гуревича основано на предположении, согласно которому q=q0е-as, где q0-значение q при s = О, a-эмпирическая постоянная.

При сдвиговом течении вязкоупругих жидкостей кроме обычных необратимых деформаций вязкого течения накапливаются и сохраняются в потоке большие упругие (высоко-эластич.) деформации. Это приводит к возникновению дополнительной напряжений (помимо сдвиговых), перпендикулярных плоскости сдвига (так называемой нормальные напряжения). Из-за нормальных напряжений наблюдается ряд реологич. аномалии, объединяемых общим назв. эффекта Вайсен-берга: подъем вязкоупругой жидкости по стержню, вращающемуся в вязкоупругой среде; появление силы, стремящейся раздвинуть два параллельно расположенных диска, вращающихся в вязкоупругой жидкости, и др. Эти явления характерны для расплавов и растворов полимеров.

Появление нормальных напряжений при сдвиговом течении вязкоупругих жидкостей-простейший случай нелинейного вязкоупругого поведения жидкостей. При низких скоростях сдвига нормальные напряжения пропорциональны g2, поэтому их появление называют "эффектом второго порядка". При высоких напряжениях и скоростях сдвига нелинейность поведения проявляется сильнее: нормальные напряжения растут с увеличением слабее, чем , а касательные напряжения перестают быть пропорциональными , т.е. перестает соблюдаться закон Ньютона-Стокса. При изменении режима деформирования проявляются релаксац. свойства вязкоупругих жидкостей. Так, струя, образующая полимерное волокно, после выхода из канала (фильеры) разбухает; при выходе из формующей головки экструде-ра сложнопрофильные изделия претерпевают искажения формы.

Хотя реологич. свойства жидкостей наиболее часто измеряют в условиях сдвигового течения, для высоковязких жидкостей теоретич. и практическое интерес представляет также одноосное (продольное) растяжение. Для ньютоновских жидкостей вязкость при растяжении равна 3h (закон Трутона); для вязкоупругих жидкостей она может значительно отличаться от 3h, что также связано с нелинейностью вязкоупругих свойств.

Принципиальная особенность реологич. свойств вязкоупругих жидкостей - возникновение при большихнеустойчивости потока и разрывов сплошности. В общем случае режим течения определяется соотношением характерного времени деформированияи "внутреннего" характерного времени структурных изменений d. Величинаможет служить для оценки скорости процесса перестройки структуры жидкости, разрушенной деформированием; в частности, она отражает процесс релаксации. При1 вязкоупругая среда стано вится твердообразной. Вследствие этого поток становится неустойчивым; возникает эластич. турбулентность-неустойчивое течение, вызванное нерегулярным накоплением и сбросом упругих деформаций. Материал может отрываться от граничной твердой стенки канала (например, фильеры при формовании волокон) или в материале возникают периодической колебания (по всему объему или в поверхностной зоне), что приводит, например, к появлению матовости (ухудшению прозрачности) экструдируемой пленки; наконец, материал может разрываться подобно тому, как рвется любой твердый материал, когда напряжение превысит предел прочности.

В жидких дисперсных системах, особенно высоконаполненных твердой фазой, разрывы сплошности возникают при относительно низком значении скорости сдвиговой деформации. Появление разрывов сплошности исключает возможность построения для таких систем полной реологич. кривой течения (см. ниже), а также служит главным препятствием для получения однородных многокомпонентных систем, например при перемешивании.

РЕОЛОГИЯ вязкоупругих полимеров рассматривает также явления, связанные с релаксационными и фазовыми переходами, вызванными процессом деформирования. К явлениям этого типа относится описанный выше переход жидкости в твердообразное состояние при1. При очень больших скоростях деформирования может происходить стеклование полимера с последующим хрупким разрушением. Деформирование концентрир. растворов полимеров влияет на их кристаллизацию, изменяя как равновесную температуру фазового перехода, так и его кинетику, а также структуру (и, следовательно, свойства) кристаллич. вещества.

Пластичность. Различают упругопластичные тела и вязко-пластичные среды. Упругопластичные тела деформируются в соответствии с законом Гука вплоть до достижения некоторых критической условий (предела текучести); затем материал "течет" подобно вязкой жидкости, т.е. деформация линейно возрастает во времени (модель Сен-Венана). Для сложнонапряженного состояния в качестве предела текучести принимают критической значение максимального касательного напряжения (критерий Треска-Сен-Венана) или интенсивности касательных напряжений (критерий Мизе-са). Важнейшими материалами, реологич. поведение которых описывается моделью упругопластич. тела, являются многие конструкц. материалы, в т.ч. металлы при напряжениях, превышающих предел текучести. Пластич. деформации упругих тел реализуются при некоторых технол. операциях-штамповке, ковке, прокатке металлов.

Вязкопластичная среда-модель тела, которое вообще не деформируется до достижения некоторого критической напряжения-предела текучести т0, а затем течет как вязкая жидкость. Такими свойствами обладают, например, консистентные смазки, краски и др. Простейшее РУС для таких сред при т > т0 выражается формулой Шведова-Бингама: т=т0 + +, где hБ-т. называют бингамовская вязкость. В др. приближении РУС вязкопластичной среды имеет вид: = 0 при т < т0 и т —при т > т0.

Неньютоновские жидкости. Если в условиях установившегося сдвигового течения касательное напряжение т не пропорционально скорости деформирования, т.е. их отношение h =изменяется в зависимости от величины т или, то такую жидкость называют неньютоновской, а отношение -эффективной (или кажущейся) вязкостью. Предложено несколько РУС для описания поведения неньютоновских жидкостей. Во многие случаях выполняется РУС вида:


где величины h0 и h,h0-наибольшая и наименьшая ньютоновские вязкости, d и m-эмпирическая постоянные.

При1 h ! h0 = const; это-так называемой область ньютонов ского течения; при1 жидкость обладает ньютонов скими свойствами. РУС, включающее и h0, и h,, называют полной реологич. кривой течения. Для расплавов полимеров, многие коллоидных жидкостей (золей, микроэмульсий) в широком диапазоне скоростей сдвига выполняется закон Ост-вальда-ДеВилла:, такую неньютоновскую жид кость называют "степенной". Для нее получены решения многие гидродинамич. задач.

Неньютоновское поведение жидкостей может иметь различные причины: в жидких дисперсных системах определяющую роль играет ориентация частиц дисперсной фазы, изменение их формы и степени агрегации, в коллоидных жидкостях-постепенно углубляющееся с ростом напряжений разрушение (или изменение) внутр. структуры; в полимерах-эффекты механические релаксации. В конкретных случаях может иметь место наложение различные механизмов; например, неньютоновское поведение наполненных полимеров связано как со структурными перестройками, так и с релаксац. явлениями.

Для многие неньютоновских жидкостей характерны такие явления, как тиксотропия - обратимое уменьшение вязкости ("разжижение") жидкости или структурир системы во времени, и дилатансия-рост вязкости предельно наполненных дисперсных систем с вязкой дисперсионной средой. Частный случай неньютоновского поведения жидкости-изменение вязкости с течением времени из-за протекающих в среде химический реакций. Если реакция идет в гомог. среде, изменение вязкости среды отражает изменение ее состава; при этом деформирование обычно не влияет на кинетическая закономерности реакции. Однако для гетерог. реакций, например гетерог. полимеризации или отверждения олигомеров, деформирование (например, сдвиговое течение в реакторе или воздействие ультразвуковыми колебаниями) влияет на кинетику реакции.

Вязкость жидкостей может зависеть от вибрационных (в т.ч. ультразвуковых), электрич., магн., световых воздействий; это относится как к растворам и расплавам полимеров, так и к дисперсным системам.

Практическое применение реологич. исследований связано, во-первых, с возможностью сопоставлять различные материалы по форме РУС и значениям входящих в них констант; во-вторых, с использованием РУС для решения техн. задач механики сплошных сред. Первое направление используется для стандартизации техн. материалов, контроля и регулирования технол. процессов практически во всех областях современной техники. В рамках второго направления рассматривают прикладные гидродинамич. задачи-транспорт неньютоновских жидкостей по трубопроводам, течение полимеров, пищевая продуктов, строит. материалов в перерабатывающем оборудовании, движение буровых растворов в пластах и т.д. Для концентрир. дисперсных систем к этим задачам примыкает установление оптим. технол. режимов перемешивания, формования изделий и т. п. Для твердых тел производят расчет напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов и изделий в целом для определения их прочности, разрывного удлинения и долговечности.

Практич. интерес представляет также использование специфический реологич. эффектов. Так, малые полимерные добавки к воде и нефтепродуктам придают жидкости новые реологич. свойства, благодаря чему резко снижается гидравлич. сопротивление при турбулентном течении (эффект Томса). Этот эффект используют при перекачке нефтей по длинным трубопроводам. При переработке пластмасс применяют бесшнековые экструдеры, давление в которых развивается благодаря эффекту Вайсенберга. Добавление в смазочные масла полимерных модификаторов придает им вязкоупру-гие свойства; в результате при сдвиге возникают нормальные напряжения и повышается несущая способность опор трения.

Геология полимеров. Все полимерные материалы в той или иной степени обладают как упругими, так и диссипативны-ми свойствами, вследствие чего они являются вязкоупругими телами или упруговязкими средами. Реологич. характеристики конкретного полимера зависят от строения его макро молекул, молекулярно-массового распределения, состава композиции в случае сложных полимерных систем, причем иногда чувствительность реологич. методов изучения молекулярной и надмолекулярной структур оказывается гораздо выше, чем традиц. методов оценки мол. параметров. Это выделяет РЕОЛОГИЯ полимеров в один из важных разделов физических-химический исследований.

Установлены эмпирическая зависимости между характеристич. вязкостью [h] предельно разбавленый растворов и мол. массой М: [h] = КМа, где К и a-эмпирическая постоянные (формула Марка-Куна-Хувинка). По мере увеличения жесткости цепи а возрастает от 0,5 до 1,7. Для концентрир. растворов и расплавов вязкость h также связана с М степенной формулой: h = K"Мa, причем a обычно равна 3,5, а эмпирическая постоянная К" изменяется с температурой (подробнее см. Молекулярная масса полимера, Растворы полимеров).

Возникающие при деформировании полимеров нормальные напряжения (как эффект второго порядка) пропорциональны М2a. Важное практическое значение имеют температурные и концентрационные зависимости вязкости растворов полимеров. Релаксац. свойства растворов полимеров в сильной степени зависят от температуры, поскольку движения тех или иных элементов полимерной цепи проявляются (возникают, фиксируются) в определенном диапазоне температур. Результаты измерений температурных зависимостей времен релаксации или связанных с ними механические характеристик позволяют судить о природе мол. движений (метод релаксац. спектроскопии). Как правило, существует несколько групп времен релаксации, внутри каждой из которых температурные зависимости времен релаксации одинаковы. Поэтому вязкоупругие характеристики в широком температурном диапазоне оказываются подобными по форме, но сдвинутыми по временной (или частотной) оси, так что они может быть обобщены в единую температуравено-инвариантную характеристику вязкоупругого поведения материала. Этот вывод называют принципом температурно-временной или температурно-частотной суперпозиции.

РЕОЛОГИЯ эластомеров и твердых полимерных материалов основывается на выражении для упругой энергии W, накапливаемой материалом при его деформировании, которая выражается через инварианты тензора деформации. Исходя из выражения для W находят зависимость напряжения s от деформации e (или степени растяжения к) для любых геометрическая схем нагружения. Если предполагается чисто энтропийный механизм высокоэластичности (см. Высокоэластическое состояние), зависимость s(к) для одноосного растяжения имеет вид:


где G- модуль высокоэластичности (при сдвиге).

В РЕОЛОГИЯ резин часто используют так называемой двучленную (двух-константную) формулу, которая для одноосного растяжения включает эмпирическая постоянные С1 и С2:


Для наполненных эластомеров проявляются реологич. эффекты, обусловленные внутр. структурой наполнителя. Так же, как и для текучих сред, в резинах наблюдаются тиксо-тропные явления, состоящие в том, что при повторных нагружениях деформационные кривые меняются и постепенно восстанавливаются исходные свойства материала при отдыхе (эффект Маллинза). При периодической деформациях нелинейность механические поведения (зависимость модуля упругости от амплитуды деформации) возникает при крайне малых деформациях подобно тому, как это имеет место, например, в дисперсных системах с низкомолекулярный дисперсионной средой. Так же, как и для растворов линейных полимеров, высокоскоростное деформирование резины может приводигь к механические стеклованию, а растяжение до высоких значений способствует кристаллизации.

Задача РЕОЛОГИЯ жестких полимерных материалов (пластмасс, армир. пластиков)-установление вида релаксац. спектра для линейной области механические поведения и обобщение этого спектра на нелинейную область. Как правило, рассматривают небольшие (в геометрическая смысле) деформации и одновременно с проблемами собственно РЕОЛОГИЯ (ползучестью, релаксацией) изучают условия разрушения материала. Предложено несколько РУС для конкретных материалов, позволяющее решать различные прикладные задачи, связанные с их деформированием в условиях длительного нагружения, когда непосредственно проявляются релаксац. свойства среды.

При деформировании жестких материалов, помимо ползучести, релаксации и нелинейных явлений, характерных для любых др. сред, наблюдается удлинение образца при сдвиговых деформациях (например, при кручении проволок). Это-проявление геометрическая нелинейности, аналогичное эффекту Вай-сенберга в упругих жидкостях. При повторных деформациях кристаллич. полимеров часто имеет место невоспрризводи-мость реологич. кривых, связанная с разрушением кристаллич. структуры,-эффект, аналогичный тиксотропии наполненных эластомеров и текучих дисперсных систем. Наконец, при растяжении твердых пластмасс в некотором диапазоне температур (ниже температуры стеклования, но выше температуры хрупкости) по достижении определенной критической деформации наступает резкое изменение механизма деформирования-ступенчатое сужение исходного образца с формированием однородной "шейки" (явление вынужденной высокоэластич-ности), которое можно трактовать как потерю устойчивости процесса деформирования, вызванную релаксац. переходом или изменением кристаллич. структуры.

Микрореология (или структурная реология) устанавливает на основе статистич. физики связь между структурными параметрами и физических свойствами составляющих тело элементов, с одной стороны, и его реологич. свойствами как континуума (сплошной среды), с другой. Фундам. результат в этой области-формула Эйнштейна, связывающая вязкость h жидкой дисперсной системы с содержанием f сферич. частиц дисперсной фазы: h = hS(1 + 2,5f), справедливая при fI (hS-вязкость дисперсионной среды). Впоследствии были получены обобщения этой формулы, учитывающие возможность гидродинамич. взаимодействия частиц дисперсной фазы, межмол. взаимодействия (поверхностные силы), несферичность твердых частиц, замену твердых частиц каплями жидкости.

Существует два основные типа моделей структуры дисперсной системы. В первом случае предполагается, что в системе существует непрерывная сетка межчастичных связей, к-рую можно рассматривать как квазикристаллич. решетку. Часть узлов решетки свободна ("вакансии"). Возможность течения системы обусловлена перемещением этих вакансий под действием сдвигового напряжения. Во второй модели рассматриваются группы частиц, двигающиеся как единое целое (агрегаты или блоки). Текучесть системы зависит от размера агрегатов, который, в свою очередь, определяется скоростью деформации. Эта модель соответствует случаю более глубокого разрушения структуры при деформировании. Если структура имеет неоднородности, что характерно для высококонцентрир. систем, при деформировании может образоваться разрыв сплошности, т.е. появляется зона локализации сдвига с пониж. концентрацией дисперсной фазы. Рассматривая это явление по аналогии с образованием трещины в кристалле и используя критерий Гриффитса для роста трещины (см. Прочность), можно считать, что образование разрыва сплошности произойдет при , где l-характерный размер неоднородности, а и F-соответственно размер частиц и сила связи между ними, обусловленная межмол. притяжением.

Как и для вязкоупругих жидкостей, мерой перестройки структуры дисперсных систем является отношение характерных времен структурных изменений d и деформирования . Например, для высокодисперсных суспензий величина d определяется броуновским движением частиц (d ~ hSa3/kT)и межчастичным взаимодействием (d ~ hSa2/F) (k-постоянная Больцмана). Из этих двух причин большую роль, как правило, играет та, которой соответствует меньшая величина

Оценка параметров h0, т, h, в РУС для неньютоновских жидкостей в применении к структурир. дисперсным системам требует дополнительной предположений о характере структуры. В частности, для систем, в которых структурообразование сводится к образованию сферич. агрегатов, разрушаемых из-за гидродинамич. потока (роль броуновского движения мала),

где h, -вязкость полностью разрушенной структуры. Эта величина может быть оценена по формуле Эйнштейна, обобщенной на случай умеренных или высоких значений f: h, = hSf(f), где f(f)-функция, равная 1 при f = 0 и равная , при f = fm, соответствующем плотной упаковке частиц.

Микрореология полимеров основана на мол.-кине-тич. моделях, представляющих полимер набором последовательно соединенных друг с другом максвелловских тел, диспергированных в вязкой или вязкоупругой среде (модели Каргина-Слонимского-Рауза и др.). Эти модели позволили объяснить и предсказать форму релаксац. спектра полимера, оценить влияние длины цепи и содержания полимера в растворе на времена релаксации. Согласно так называемой скейлинговой концепции, в первом приближении все длинноцепочечные полимеры проявляют подобные свойства при надлежащем выборе масштаба сравнения, а определяющую роль в проявлении реологич. свойств полимерных систем играет только длина цепи, но не ее химический строение. Этот подход позволил получить выражения, описывающие с точностью до численных коэффициентов реологич. свойства полимерных материалов с помощью степенных функций, подобных вышеприведенной зависимости h от М.

Микрореология и теория скейлинга (подобия) позволяют обосновать и объяснить физических смысл параметров в РУС.

Виброреология - область РЕОЛОГИЯ, изучающая влияние вибрации на течение дисперсных систем. Вибрация в сочетании с добавками ПАВ является универсальным средством управления реологич. свойствами дисперсий. Для суспензий и порошков с частицами размером более 1 мкм вибрация играет ту же роль, что и броуновское движение для систем с меньшими частицами, т.е. приводит к разрушению структуры, в результате чего повышается текучесть системы. Вибрация, кроме того, обеспечивает однородность системы, препят-ствуя возникновению разрывов сплошности. При вибрац. воздействии эффективная вязкость суспензий уменьшается, причем особенно существенно (на несколько порядков) вязкость уменьшается при малых , что связано с разрушением структуры суспензии.

Порошки, в отличие от суспензий, не обладают текучестью и при деформировании ведут себя как твердые тела. Вибрац. воздействие, сопровождаемое обычно пропусканием газа через слой порошка, переводит порошок в состояние виброожижения. В этом состоянии порошок приобретает текучесть и его можно рассматривать как жидкость или плотный газ, в котором роль молекул играют частицы дисперсной фазы, а эффективная температура определяется параметрами воздействия. Суспензии и порошки в состоянии виброожижения имеют ряд общих свойств, т. к. их текучесть определяется происходящими в них процессами образования и разрушения структуры. Предполагая, что частицы суспензии или порошка объединяются в сферич. агрегаты, можно оценить эффективную вязкость этих систем, если вместо подставить эффективную вибрац. скорость деформирования . Однако понятие вязкости полностью разрушенной структуры h, имеет разный смысл для суспензий и порошков. В случае суспензий h, связана с диссипацией энергии при течении среды в пространстве между частицами и определяется по обобщенной формуле Эйнштейна. В случае порошков h, обусловлена переносом импульса частицами при столкновениях. Используя методы теории плотных газов, можно рассчитать h, по формуле:


где m-масса частиц, E-кинетическая энергия хаотич. движения, сообщаемая частицам при вибрации, g- ускорение свободного падения, H-высота слоя порошка цри плотной упаковке. Эта формула применима при EтgН. В противном случае происходит переход к виброкипению, сопровождаемый ростом h,.

Разрушение структуры дисперсной системы при вибрации и связанное с этим уменьшение вязкости можно интерпретировать как "плавление", воспользовавшись представлениями о квазикристаллич. характере структуры. Такое "плавление" является следствием сообщения источником вибрации кинетическая энергии E частицам. Одновременно в результате добавления в систему ПАВ уменьшается потенц. энергия U межчастичных связей. Вязкость h виброожижен-ной системы зависит от параметра E/U, причем

h!Ае(U/E),

где А-величина, слабо зависящая от U/E. Отсюда следует, что существует два способа снизить вязкость дисперсной системы: увеличить E вибрацией или снизить U добавлением ПАВ, Разрушение структуры происходит при UE. При этом кроме повышения текучести обеспечивается "залечивание" "разрывов сплошности. Вибрац. воздействие в сочетании с добавками ПАВ позволяет снизить вязкость дисперсной системы до величин, близких к h,, что не всегда возможно при сдвиговой деформации с постоянной. Методы структурной РЕОЛОГИЯ и виброреологии концентрир. дисперсных систем эффективно используются в процессах переработки дисперсных систем и получения дисперсных материалов, в технологии бетона, процессах трубопроводного гидротранспорта высококонцентрир. масло- и водоугольных суспензий, технологии получения абразивных материалов на керамич. связующем, а также многокомпонентных порошкообразных материалов, в пищевая промышленности. Технологический процессы ускоряются в десятки и сотни раз в результате уменьшения вязкости (роста текучести) систем; при этом значительно повышается однородность структуры и соответственно качество (прочность и долговечность) дисперсных композиц. материалов.

Электро- и магнитореология-области РЕОЛОГИЯ, изучающие влияние электрич. и магнитных полей на течение жидких дисперсных систем. Возможность регулирования реологич. свойств дисперсных систем воздействием на них электрич. поля была установлена на примере пластичных смазоколо Электро- и магнитореологич. эффекты проявляются в усилении эффекта неньютоновского течения, роста предела текучести при сдвиге и модуля упругости, что обусловлено усилением структурообразования в системах с преимущественно неводной дисперсионной средой и частицами дисперсной фазы, обладающими диэлектрическая и ферромагнитными свойствами. Разработаны спец. составы электрореологич. суспензий, весьма чувствительных к воздействию электрич. полей. В качестве дисперсионных сред обычно используют маловязкие углеводородные жидкости с высоким удельная электрич. сопротивлением (до 1020 ОмYм) и диэлектрическая проницаемостью от 2 до 5 (парафиновые и ароматические углеводороды, растворы полимеров, силиконовые жидкости и т. д.). В качестве дисперсной фазы используют вещества, проявляющие склонность к структурированию в электрич. поле: титанаты Ва, Са, Mg, Zn, сополимеры стирола, глутаминовую кислоту, виннокислый калий. Перспективно применение высокодисперсных адсорбентов, например диатомитов, аэросила, с адсорбированными на их поверхности веществами, способными образовывать с адсорбентами водородные связи (спирты, высшие жирные кислоты, амины). Для снижения вязкости, повышения агрегативной и седи-ментац. устойчивости в состав электрореологич. суспензий включают глицерин, олеаты и стеараты сорбита и др. Электрореологич. суспензии применяют в качестве рабочей жидкости гидравлич. систем, в виде тонких пленок в тормозных и др. устройствах, в т.ч. в коробках передач, генераторах крутильных колебаний и т. п.

Магнитореологич. феррожидкости могут содержать частицы коллоидных размеров или быть грубодисперсными суспензиями, в которых твердая фаза-частица карбонильного железа, электролитич. или карбонильного никеля в различных, преимущественно органическое, средах. Коллоидные феррожидкости характеризуются плавным переходом в область нелинейной вязкоупругости (магнитомягкие жидкости), суспензии обнаруживают под действием магн. поля резкое увеличение вязкости, предельного напряжения сдвига, модуля упругости (магнитожесткие жидкости).

Магнитореологич. свойства жидкостей используют в различные преобразователях и исполнит. механизмах, дросселях, насосах-дозаторах, амортизаторах и т.п. Это позволяет отказаться от сложных подвижных механические устройств, уменьшить габариты и увеличить надежность аппаратов.

Литература: Реология суспензий, пер. с англ., М., 1975; Виноградов Г. В., Малкин А. Я., Реология полимеров, М., 1980; Урьев Н.Б., Высококонцентрн-рованные дисперсные системы, М., 1980; Левтов В. А., Регирер С. А., Шадрина И.Х., Реология крови, М., 1982; Щульман З.П., Кордонский В.И., Магнитореологический эффект, Минск, 1982; Шкурина К. П., Фалалеев Г. Н., Вазетдинола Ф. 3., Реологические свойства горных пород и прогнозирование устойчивости подготовительных выработок, Fr., 1984; Малкин А.Я., Кули-чихин С. Г.. Реология в процессах образования и превращения полимеров, М., 1985; Вострокнутов Е. Г., Виноградов Г. В., Реологические основы переработки эластомеров, М., 1988; Урьев Н.Б., Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов, М., 1988.

А. Я. Малкин, H. Б. Урьев.


Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
настенныедержатели для телевизора
диммер для светодиодной ленты купить
урны металлические уличные купить
гда заказать вывиску для кафе

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.04.2017)