ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Факторы, определяющие прочность структур, и механизм структурообразования из "Курс коллоидной химии" Реологические кривые для систем с большой областью текучести строят в тех же координатах, что и кривые для жидкообразных дисиерсных систем. Типичный вид кривых для таких систем представлен на рис. УП. 14. Наибольшая предельная вязкость практически бесконечно велика в достаточно прочных твердообразных телах. Она может в миллионы раз превышать вязкость предельно разрушенной структуры. Статическое предельное напряжение сдвига Рст отвечает наиболее резкому снижению вязкости, что означает такое же сильное разрушение структуры. Последующее увеличение нагрузки увеличивает степень разрушения структуры, а при Ркр разрушается само тело. [c.379] Если течение не является типичным свойством твердообразных систем, что особенно характерно для конденсационно-кристаллизационных структур, то реологические зависимости строят по отношению к деформации, а не к ее скорости. Типичная кривая зависимости деформации от напряжения для твердых тел показана на рис. VII. 15. Прямолинейный участок кривой ОА отвечает пропорциональности деформации напряжению сдвига в соответствии с законом Гука (VII. 3). До напряжения Ри отвечающего точке А, размер и форма тела восстанавливаются после снятия нагрузки. Важными параметрами такой системы являются модуль упругости (модуль Юнга) и модуль эластической деформации. Считают, что в суспензиях с коагуляционной структурой модуль упругости (модуль быстрой эластической деформации) характеризует твердую фазу дисперсий, а модуль медленной эластической деформации — пространственную сетку с прослойками дисперсионной среды (возможно скольжение частиц относительно друг друга без разрыва связей). Напряжение Р соответствует пределу текучести (правильнее — пределу упругости). С увеличением напряжения проявляется пластичность, а после его снятия — остаточные деформации. При напряжении Рг (точка ) происходит течение твердообразной системы. При дальнейшем увеличении напряжения до величины Рз (точка В), соответствующей пределу прочности, обычно наблюдается нег оторое упрочнение тела, затем наступает разрушение системы. [c.380] Эластическими свойствами отличаются студни с коагуляцион-ной структурой, примером которых являются студни желатины, агара, мучное тесто. Такие студни образуются в растворах линейных и разветвленных ВМС в не очень хороших растворителях. В хороших растворителях студни обычно ие образуются. Студни с коагуляционной структурой могут разрушаться с повьплением температуры и переходить в состояние раствора. Этот ироцесс называется плавлением студня. Студни конденсационного типа образуются ири трехмерной полимеризации в растворе или в результате набухания пространственного полимера. Химические связи между макромолекулами не разрушаются прн нагревании, поэтому такие студни не плавятся. Типичным примером студней с конденсационной структурой являются ионообменные смолы, степень набухания которых находится в прямой связи со степенью сшивки пространственной сетки. [c.381] До сих пор шла речь, в основном, вообще о структурно-механических (реологических) свойствах свободнодисперсных и связнодисперсных систем, обладающих коагуляционной и конденсационно-кристаллизационной структурой. Вместе с тем эти системы объедиияют большинство различных природных и синтетических материалов, используемых в народном хозяйстве. Поэтому знание общих закономерностей образования систем с определенными структурно-механич ескими свойствами помогает находить методы управления такими свойствами конкретных материалов. К важнейшим материалам относятся металлы, сплавы, керамика, бетоны, пластмассы и др. Как уже указывалось, их реологические свойства описываются типичной для твердообразных систем зависимостью деформации от напряжения (см. рис. VII. 15). Несмотря на небольшую пористость или даже ее отсутствие, все эти материалы полученные в обычных условиях, являются дисперсными система ми. Их структуру составляют мельчайшие частицы (зерна, кри сталлики), хаотически сросшиеся между собой. Технология пере численных материалов, как правило, предусматривает предвари тельный перевод исходного сырья в жидкообразное состояние которое позволяет различными методами регулировать структур но-механические и другие свойства продукта. Технологам, занимающимся получением материалов, очень важно знать механизм образования тех или иных структур, а также методы регулирования их свойств, в частности механических. [c.382] Механические свойства твердых тел непосредственно зависят от свойств структуры, которая определяется как характером атомного и молекулярного строения отдельных зерен, так и их размерами, взаимным расположением, качеством связей между ними, наличием дефектов, пористости и др. [c.382] При поликристаллическом строении (мелкозернистое) плоскости спайности не совпадают в разных зернах, вследствие чего пределы упругости и прочности поликристаллической структуры значительно выше, чем у монокристалла. Чем больше размер зерен, тем сильнее сказываются особенности монокристаллов. С ростом дисперсности зерен уменьшается вероятность совпадения плоскостей спайности и прочность материала возрастает. [c.383] Напряження, при которых происходит скольжение плоскостей, обычно в сотни раз меньше теоретически ожидаемых благодаря наличию дефектов в кристаллической структуре реальных тел. Дефекты неоднородны и хаотически распределены в объеме кристалла нли материала и на их поверхности. Они соответствуют областям избыточной энергии Гиббса, и при разрушении твердого тела его можно представить как заготовку будущей свободнодисперсной системы — порошка или суспензии. Как уже указывалось ранее, дробление материала приводит к уменьшению дефектов в структуре частиц, так как разрушение происходит по наиболее опасным дефектам. Отсюда следует, что прочность частиц и материала из них возрастает с увеличением степени раздробленности. Этот вывод послужил основанием для крылатой фразы путь к прочности материалов лежит через их разрушение. [c.383] Число контактов пропорционально поверхности контакта, а общая доля поверхности контактов в свою очередь, как ранее было показано,, пропорциональна дисперсности. Таким образом, с повышением дисперсности увеличивается число контактов, что также благоприятствует увеличению прочности структуры тел. [c.383] Прочность одного контакта составляет приблизительно 10 мкН II ниже. Прочность контакта уменьшают силы отталкивания, которые могут иметь разную природу (обусловлены электрическими или упругими сольватными слоями). [c.384] Из сказанного выше следует, что прочность коагуляционных структур значительно ниже прочности структур с непосредственным сцеплением частиц между собой. Прослойки среды в местах контактов, играя роль смазочного материала, обеспечивают подвижность отдельных элементов структуры. Материалы с такой структурой обладают высокой пластичностью и способностью к, ползучести при небольших напряжениях сдвига. Таким образом, увеличивая или уменьшая толщину прослоек среды в местах контакта частиц или изменяя их гидродинамические свойства с помощью некоторых добавок (модификаторов), можно в широки.ч пределах регулировать механические свойства коагуляционной структуры материала. [c.384] Толщина прослоек уменьшается с увеличением концентрации дисперсной фазы, что соответственно приводит к увеличению прочности структуры, но к уменьшению ее пластических свойств. Как известно, лиофильность поверхности частиц можно изменять с помощью поверхностно-активных веществ, в том числе высокомолекулярных. ПАВ и ВМС могут изменять структуру межчастичных прослоек. Лиофильность поверхности частиц возрастает с развитием двойных электрических слоев, их диффузной части, что обеспечивается заменой всех катионов на поверхности частиц однозарядными катионами щелочных металлов. Этот метод широко используется, например, для увеличения текучести глинистых су -пеизий. [c.384] ежфазные слои играют решающую роль в механических свойствах систем с газообразными и жидкими дисперсными фазами. В этих системах не может быть непосредственного контакта между частицами. Если такой контакт осуществляется, то проис. [c.384] Атомные контакты переходят в фазовые , при которых валентные связи реализуются на площади, в несколько десятков paj превышающей площадь атомных ячеек. На фазовый контакт приходится до 100 и более валентных связей. [c.385] Как отмечалось выше, различие конденсационных и кристаллизационных структур состоит также в природе связи между частицами. В конденсационных структурах роль мостиков играют некристаллические продукты химических реакций, например продукты поликонденсации. Соответственно конденсационные структуры более эластичны, чем кристаллизационные. [c.385] Образование конденсационно-кристаллизационных структур может происходить по разным механизмам. Реальные процессы етруктурообразования протекают по нескольким механизмам одновременно. Точечные, а затем и фазовые контакты возникают при удалении дисперсионной среды или ее связывании, например прн образовании гидратов. [c.385] Стрелками показано направление переноса вещества из зоны положительной крнииэны в зону отрицательной кривизны. [c.386] Вернуться к основной статье