ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Реологические свойства структурированных жидкообразных систем из "Курс коллоидной химии" Из теории Эйнштейна следует, что разбавленные и устойчивые дисперсные системы являются ньютоновскими жидкостями, что их вязкость линейно связана с объемной долей дисперсной фазы и не зависит от дисперсности. [c.370] Так как объем поверхностных слоев линейно связан с удельной поверхностью дисперсной системы, то вязкость в системе должна расти с увеличением удельной поверхности дисперсной фазы, т. е. с дисперсностью (при постоянной объемной доле дисперсной фазы). При наличии двойных электрических слоев ш объемная доля зависит от электрокинетического потенциала. Электровяз-костный эффект можно уменьшить введением в систему электролитов они уменьшают толщину двойного электрического слоя. [c.371] Уравнение (УП.ЗЗ) используют для определения молекулярной массы полимеров. Константу К определяют независимым методом, например, по значению молекулярной массы низкомолекулярных членов полимергомологического ряда, найденной крпоскопкчсскпм методом. Молекулярную массу определяют по графической зависимости т)уд от с в соответствии с уравнением (УП.ЗЗ). [c.371] Постоянная а, отражающая форму и плотность клубка макромолекулы, зависит от природы растворителя и гидродинамического взаимодействия в объеме клубка. Значения ее лежат в основном в пределах от 0,5 до 1,0. В хорошем растворителе макромолекула развертывается и занимает большой объем, увеличивая вязкость, а в плохом растворителе она свертывается в плотный клубок, и вязкость при той же концентрации оказывается значительно меньше. Напрпмер, для гибких макромолекул каучука в толуоле а A 0,64, для более жестких молекул целлюлозы и ее производных аж 0,81, а для растворов нитроцеллюлозы в ацетоне а 1,0. Как уже отмечалось, для растворов полимеров часто наблюдается снижение вязкости с увеличением напряжения, что объясняется разворачиванием клубков макромолекул и их взаимной ориентацией в потоке. Чем больше напряжение, тем больше развертывание макромолекул, их ориентирование и тем меньше вязкость. [c.372] Большинство исследователей принимают а = 2,5. Однако экспен рнментальные значения коэффициента р при ф , отражающего взаимодействие между частицами дисперсной фазы, часто не совпадают с теоретическим значением (р = а 2 = 3,12). Это связывают с тем, что взаимодействия в системах неодинаковы, и поэтому коэффициент р может быть разным для различных систем. В литературе приводятся значения р от 3 до 75. Большие значения р часто объясняют наличием поверхностных слоев на частицах дисперсной фазы. [c.374] Экспоненциальная зависимость вязкости от концентрации дис персной фазы характерна и для растворов полимеров. До концен- трации 10—20% (масс.) вязкость их удовлетворительно оиисыва-ется уравнением Мартина . [c.374] В растворах полимеров межмолекулярное взаимодействие приводит к резкому повышению вязкости. По этой причине было предложено называть концентрированными растворами полимеров такие, относительная вязкость которых составляет не более 100. Концентрации полимеров в таких растворах могут быть менее 1%. [c.374] Несмотря на большое количество работ и разнообразие подходов в области реологии структурированных дисперсных систем, пока еще нет удовлетворительной количественной теории, связывающей реологические свойства тел с особенностями их структуры. Чтобы представить, хотя бы упрощенно, процесс образования (появления) структуры в дисперсных системах, обратимся к особенностям седиментационных объемов, отличающим агрегативно устойчивые и неустойчивые системы. [c.374] Содержание воды указано около кривых в массовых процентах от массы кварца. [c.375] Содержание охры указано около кривых п объемных процентах от объема системы. Пунктиром показана экстраполяция ньютоновских и бингамовских участков кривых. [c.375] На рис. VH. 11 представлены реологические кривые суспензий кварца в смеси тетрахлорэтана и тетрабромэтана ( 2H2 I4 + + С2Н2ВГ4), имеющих одинаковую концентрацию дисперсной фазы 12,5% (об.) и разные количества воды, добавленной для обеспечения коагуляции в системе. Коагулирующее действие воды обусловлено образованием водных слоев вокруг частиц кварца (так как кварц гидрофилен) и коалесценцией этих слоев вместе с частицами. Как видно из рис. VII. 11, устойчивая система (сухое масло) имеет практически ньютоновское течение. С ростом содержания воды и соответственно неустойчивости системы она приобретает пластические свойства с увеличивающимся пределом текучести — прочность структуры возрастает. [c.375] Из приведенных примеров видно, что структуры со свободной и плотной упаковкой могут существенно различаться концентрацией дисперсной фазы. Область менаду свободной и плотной упаковкой является областью пластического течения. Поскольку эффективный объем частиц суспензии возрастает благодаря образованию поверхностных слоев и плеиок, то область пластического течения оказывается еще шире. Агрегативно устойчивые системы в отличие от неустойчивых систем практически не образуют структуру, отвечающую свободной упаковке, и поэтому у них мал концентрационный интервал проявления пластических свойств. Пластические свойства этих систем почти всегда проявляются прн концентрациях, близких к плотной упаковке с учетом поверхностных слоев. [c.376] Характер течения суспензий при разных концентрациях дисперсной фазы иллюстрирует рпс. VII. 12. Кривые течения представлены для водной краскн — охры (природный глинистый пигмент желтого цвета, обусловленного содержанием оксидов и гидроксидов железа). Обращают на себя внимание кривые для суспензий с содержанием охры 9,1 и 17,7% (об.), разграничивающие качественно различные состояния системы. При концентрациях меньше 9,17о водные суспензии охры проявляют ньютоновское течение, которое может наблюдаться только при практическом отсутствии структуры. Прн концентрации от 9,1 до 17,7% характер точения системы соответствует течению структурированных жид-кообразиых тел. Такое течение обычно отвечает концентрациям дисперсной фазы, меньшим критической, при которой наблюдается свободная упаковка частиц, т. е. существует постоянный контакт между частицами [для данной системы эта концентрация равна 17,7% (об.)]. В указанных пределах (от 9,1 до 17,7% ) наблюдается дискретность структуры в системе находятся отдельные структурные элементы (агрегаты), не связанные между собой. [c.376] Чтобы объяснить реологическое поведение таких систем, обратимся к кинетическим представлениям о структуре, которую можно рассматривать как структурную сетку из подвижных частиц, на-ходяихихся под действием броуновского движения. Для выхода частицы из структурного каркаса ей необходимо преодолеть энергетический барьер. С увеличением наиряжения сдвига вероятность разрушения структуры возрастает. Другим важным параметром структуры является время релаксации, которое характеризует скорость восстановления структуры. При малых временах релаксации структуры успевают восстанавливаться в процессе течения даже при больших напряжениях сдвига. [c.376] Кривые течения жидкообразных структурированных систем могут быть представлены также в координатах вязкость — напряжение сдвига. На рис. VII. 13 показаны р р типичные кривые течения для таких систем в координатах скорость течения (деформации)—напряжение и ньютоновская вязкость — напряжение. Из рисунка видно, что их свойства могут быть охарактеризованы тремя величинами вязкости двумя ньютоновскими Т1 акс (для неразрушенной структуры), т]н н (для предельно разрушенной структуры) и пластической вязкостью г] в промежуточной области, моделируемой уравнением Бингама. Наличие структуры и ее прочность, особенно в жидкообразных системах, можно оценивать не только пределом текучести, но и разностью т]макс — Лмии. Чем больше эта разность, тем прочнее структура материала. Значения вязкости Т1макс и Лмин могут различаться на несколько порядков. Например, для 10%-ной (масс.) суспензии бентонитовой глины в воде Т1м кс . [c.378] Из сказанного следует, что непрерывный переход от твердообразных тел к жидкообразным может быть осуществлен как с помощью постепенного уменьшения предела текучести (прочности структуры), так и путем уменьшения разности между двумя ньютоновскими вязкостями. В последнем случае переход может быть осуществлен увеличением вязкости до Т1 акс или уменьшением ее до т)мин. В пределе это будут жидкости с постоянной вязкостью, из которых высоковязкая жидкость может оказаться упругохрупким телом, если время действия напряжения окажется значительно меньше периода релаксации. [c.378] Вернуться к основной статье