ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности регулирования структурно-реологических свойств дилатантных систем из "Физико-химические основы технологии дисперсных состем и материалов" В работе [15] подробно рассмотрены реологические свойства двухфазных дисперсных систем в условиях сдвигового деформирования и при его сочетании с воздействием вибрации. Обнаружено существенное понижение эффективной вязкости при воздействии вибрации в результате объемного разрушения структуры. Однако в ранее описанных экспериментах было установлено явление, не находившее достаточно обоснованного объяснения. [c.129] Следует отметить, что в обзоре [114], посвященном анализу возможных разнообразных причин дилатантного поведения дисперсных систем, такого рода явления, важные для технологирв дисперсных систем, не рассмотрены. [c.130] Ниже приводятся результаты исследования реологических характеристик масляно-угольных суспензий (паст) с высокой концентрацией твердой фазы как в условиях непрерывного сдвигового деформирования без вибрации, так и в сочетании с вибрационным воздействием. [c.131] Для приготовления масляно-угольных суспензий использовали сухой бурый уголь марки Б (с остаточной влажностью 1— 1,5%). [c.131] Образцы паст готовили различными методами диспергирования угля в присутствии нефтяной фракции с т. кип. 260°С в качестве дисперсионной среды [119, 120]. Элементный и компонентный состав этой фракции (в %) С — 85,52, Н—11,67, N—1,04, 5 — 0,41, парафины — 43,8, ароматические углеводороды— 47,5, смолы—14,3, асфальтены — 3,3. После тщательной отмывки пастообразователя органическими растворителями определяли фракционный состав паст методом седиментацион- ого анализа (табл. IV.I). [c.131] Как следует из данных табл. IV. 1, дисперсность угольных частиц в масляно-угольной суспензии зависит в большой мере от времени и способа обработки твердой фазы в дисперсионной среде. При обработке компонентов угольных паст в линейно-индукционном вращателе в зависимости от напряженности электромагнитного поля в течение 3 мин содержание частиц размером менее 20 мкм достигает свыще 60%, чего нельзя достичь в мельницах (измельчителях традиционного типа) за более продолжительный отрезок времени. [c.131] По мере увеличения скорости деформации сдвига действие вибрационного поля как фактора, способствующего разрушению структуры в условиях возрастания скорости сдвига 8, уменьшается, поскольку увеличивается вклад сдвиговой деформации в этот процесс. При разрушающая роль вибрации полностью исключается. Вместе с тем, когда структура разрушена достаточно сильно (вплоть до полного разрушения агрегатов), эффект действия вибрации как фактора разрушения, естественно, сводится до минимума (в пределе полностью исключается). В то же время существенно возрастает роль вибрации как фактора, вызывающего дезориентацию частиц, а также как генератора новых, более прочных, чем разрушенные, связей между частицами, возникающих по лиофобным участкам их поверхности (ближняя коагуляция) [15, 17]. [c.133] Поворот анизометричных частиц в направлении действия напряжения сдвига, а также разрыв возникающих при вибрации более прочных контактов связан с дополнительной затратой энергии, что и выражается в росте эффективной вязкости. Вместе с тем нельзя исключить возможность возникновения микротурбулентности вблизи поверхности частиц при их инерционном смещении относительно жидкой среды и вибрации, если скорость этого смещения соизмерима со скоростью, соответствующей возникновению турбулентности в данной среде (с учетом критерия Рейнольдса) [15, 122, 123]. Это также приводит к возрастанию эффективной вязкости дисперсной системы, особенно в тех случаях, когда структура разрушена. [c.133] Сочетание указанных выше факторов воздействия вибрации — вероятная причина резкого роста вязкости, в чем и состоит вибродилатансия. [c.133] На степень проявления эффекта вибродилатансии в значительной мере влияет концентрация твердой фазы. При ф 50%1 дилатантные свойства в условиях вибрации выражены тем сильнее, чем больше значение ф [121]. [c.133] Изучение такой системы представляет интерес еще и потому, что как и масляно-угольная суспензия, она термочувствительна и ее вязкость сильно зависит от температуры. В интервале 20— 00 °С вязкость битумных систем изменяется на 5—10 и более десятичных порядков из жидко-текучей при / 100°С система переходит в вязкопластичную при 100°С и затем в упруго-вязкопластнчную твердообразную систему. Благодаря столь большому диапазону изменения структурно-реологических характеристик дисперсии на основе нефтяных битумов можно рассматривать как модельные системы высоконаполненных термопластичных композиций на основе полимерного связующего. [c.134] При введении в состав битума минерального порошка обна-ружнвается значительное изменение структурно-реологических свойств системы в зависимости от концентрации и дисперсности твердой фазы. Ввиду того что такие структуры весьма чувствительны к механическим и температурным воздействиям, представляет интерес рассмотрение закономерности разрушения и образования структур в наполненных битумных системах при различных температурах в динамических условиях при воздействии сдвиговых напряжений и вибрации. [c.134] Исследуемые системы были приготовлены на основе нефтяного битума марки БНД 60/90 и порошка карбоната кальция с удельной поверхностью 5,5 м /кг. Вязкость определяли с помощью вибровискозиметра, измерительная часть которого представляет собой ротационный прибор Реотест . Воздействие вибрации передавалось на наружный цилиндр блока коаксиальных цилиндров вискозиметра с помощью электродинамического вибростенда ВДС-ЮА, генерирующего аксиальные колебания в направлении, перпендикулярном направлению непрерывной сдвиговой деформации. [c.134] Зависимость вязкости наполненной битумной системы от амплитуды вибрационных колебаний. [c.135] НИТЬ тем, ЧТО взаимодействие отдельных частиц наполнителя происходит через периферийные зоны граничных слоев битума. Реологические свойства таких наполненных систем незначительно отличаются от свойств исходного битума, структура которого разрушена под действием температуры. С увеличением концентрации твердой фазы вторичная коагуляционная структура упрочняется. При этом отдельные частяцы налолнителя взаимодействуют между собой через структурированные слои битума, вязкость и прочность которых возрастают по мере приближения к поверхности частиц наполнителя. Увеличение ф вызывает уменьшение толщины граничных слоев, и, как следствие, энергия, необходимая для разрушения структурных связей, возрастает. Так, для течения системы с ф = 59% с постоянным уровнем эффективной вязкости, как и предполагалось, требуются значительно большие амплитуды колебаний. При равных же амплитудах вибрации наименьший уровень вязкости достигается при большей частоте вибрации. Эта закономерность подтверждается для всей возможной области концентрации наполнителя. [c.135] На рис. 1У.9 приведены реологические кривые битумной системы с ф = 59% при различных параметрах вибрации. Нетрудно заметить, что при постоянном виброускорении степень снижения вязкости обратно пропорциональна частоте вибрации. [c.137] В то же время в области больших значений е вязкость определяется ускорением вибрации. Так, при аа = 20 м/с т эфф = 42 Па-с, а при аы — 40 м/с т]эфф = 35 Па-с. [c.137] Возрастание вязкости отмечается до определенного максимального уровня, последующее увеличение линейного градиента не приводит к росту вязкости, а напротив, в ряде случаев вызывает ее снижение. Из рис. IV.9 видно, что чем больше частота вибрации при постоянном ускорении вибрации, тем выше степень нарастания вязкости, т. е. тем значительнее проявляется вибродилатансия. С увеличением вибрационного ускорения эффект упрочнения снижается, следовательно, оно обратно пропорционально амплитуде вибрационных колебаний. [c.139] Вернуться к основной статье