Структура и реология дисперсных систем

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]

Современная коллоидная химия включает следующие основные разде.ты 1) молекулярно-кинетические явления (броуновское движение, диффузия) в дисперсных системах гидродинамика дисперсных систем дисперсионный анализ 2) поверхностные явления адсорбция (термодинамика и кинетика), смачивание, адгезия, поверхностно-химические процессы в дисперсных системах строение и свойства поверхностных (адсорбционных) слоев 3) теория возникновения новой (дисперсной) фазы в метастабильной (пересыщенной) среде конденсационные методы образования дисперсных систем 4) теория устойчивости, коагуляции и стабилизации коллоидно-дисперсных систем строение частиц дисперсной фазы (мицелл) 5) физико-химическая механика дисперсных систем, включающая теорию механического диспергирования, явления адсорбционного понижения прочности твердых тел, реологию дисперсных систем образование и механические свойства пространственных структур в дисперсных системах 6) электрические и электрокинетические явления в дисперсных системах 7) оптические явления в дисперсных системах (коллоидная оптика)—светорассеяние, светопоглощение коллоидная химия фотографических процессов. [c.281]

В отличие от классической реологии, изучающей и фиксирующей свойства систем преимущественно в равновесных условиях, цели реологии с позиции физико-химической механики — управление структурой в дисперсных системах с учетом непрерывных изменений в ней непосредственно в технологических процессах. [c.93]

Для установления механизма течения и разрушения структуры в дисперсных системах при различной концентрации дисперсной фазы в жидкой среде наряду с теоретическим анализом (см. гл. I и II) и применением методов экспериментальной реологии [15] представляется существенно важным использовать методы, позволяющие непосредственно наблюдать процесс разрушения и образования микроструктур в сдвиговом потоке. Необходимость таких методов обусловлена тем, что при изучении реологических свойств методами инструментальной реологии, по существу, нельзя строго объяснить характер зависимости [c.123]

В первой части учебного пособия даются основные представления о дисперсных системах и поверхностных явлениях в них, о поверхностно-активных веществах и устойчивости. Рассматривается современная теория лиофильности, вопросы реологии и модельного анализа в дисперсных системах. Приводятся основные положения теории структурообразования н механических свойств кристаллов, а также принципы регулирования процессами формирования дисперсных структур различного состава. [c.2]

В развитии указанных основных проблем современной науки и техники фундаментальное значение приобретают коллоидная химия и реология в тех основных формах, которые сложились под влиянием физико-химической механики и соответствующих областей практики. Большое значение коллоидной химии, т. е. учения о дисперсных системах и поверхностных явлениях, и реологии в развитии физикохимической механики связано с тем, что реальные твердые тела и отдельные кристаллы обладают своеобразной коллоидной структурой кроме того, образование твердых тел с характерными для них механическими свойствами зависит от процессов, изучаемых современной коллоидной химией и реологией в виде проблемы структурообразования в дисперсных системах (суспензиях) и в растворах высокомолекулярных соединений. Поэтому прежде чем рассматривать основные принципы и содержание физико-химической механики, необходимо вначале изложить те разделы коллоидной химии и реологии, с которыми непосредственно связана эта наука. [c.4]

Основная задача теоретической реологии заключается в нахождении законов течения (уравнений реологии) дисперсных систем с известной рецептурой. Из сказанного выше следует, что универсальный алгоритм решения задачи включает в себя получение уравнения структурного состояния дисперсной системы — соотношения, описывающего зависимость параметров структурного состояния от интенсивности процесса деформации. В качестве параметра состояния выступают те величины, от которых при данном типе структуры зависит сопротивление деформированию, а мерой интенсивности процесса деформирования может быть величина действующего в системе напряжения или скорость ее деформирования. Таким образом, структура и структурное состояние при деформировании являются центральным звеном в решен основной задачи реологии. [c.680]

Напряженность поля, концентрация коагулятора и прочие факторы также влияют на равновесный размер цепей, но только в качестве параметров (коэффициентов) уравнения структурного состояния. На основе этих уравнений позднее были выведены все известные уравнения реологии, в том числе и с более сложной структурой дисперсной системы. На феррожидкостях и магнитных суспензиях они получили первую количественную экспериментальную проверку. [c.759]

Несколько полнее других теоретических разделов изложены основы реологии дисперсных систем, так как реологические свойства тесно связаны с взаимодействием частиц и являются основным источником сведений о структуре системы, допускающих количественную трактовку с позиций взаимодействия частиц Кроме того, изложение реологии дисперсных систем в учебниках недостаточно последовательно и строго, содержит неточности, оставляет неясным физический смысл ряда важнейших понятий. [c.3]

Таким образом, физико-механические свойства всех систем, начиная от высокомолекулярных веществ и их растворов и кончая структурированными дисперсными системами, могут в принципе исследоваться общими методами реологии (реологией называется общее учение о деформации и течении). Такие исследования имеют преимущество перед простыми измерениями аномальной или структурной вязкости неньютоновских жидкостей (рис. 96), потому что структурная вязкость зависит от условий измерения, тогда как реологические константы характеризуют материал независимо от размеров прибора или режима течения. Образование или разрушение различного рода структур или пространственных сеток частиц или молекул с различной прочностью связей и жесткостью структурных элементов играет исключительную роль в дисперсных и полимерных системах и во многих отношениях определяет их техническое использование. Поэтому изучение процессов деформации, их кинетики, частотной зависимости, предельных напряжений и др. имеет большое научное и техническое значение. Установление релаксационного механизма деформации и объективных методов характеристики процессов деформации является существенным успехом коллоидной химии, во многом обусловленном работами советских ученых — Кобеко, Александрова, Каргина, Слонимского, Ребиндера, Соколова, Догадкина и др. [c.251]

Неньютоновскими называют сложные по структуре жидкости, например, растворы и расплавы полимеров, дисперсные системы (суспензии, эмульсии, пасты и др.), реологическое уравнение состояния которых имеет иной вид, чем у ньютоновских жидкостей. Реологическое уравнение состояния неньютоновских жидкостей с различной структурой может иметь различный вид. Он устанавливается опытным путем — по результатам вискозиметрических измерений [27, 28] в виде зависимости напряжения одномерного сдвига а от скорости сдвига 7 = дШ/дп (где 7 — относительная деформация, а 7 = д у/дт), график которой называется кривой течения. В зависимости от вида реологического уравнения неньютоновские жидкости можно разделить на три основных класса вязкие стационарно-реологические жидкости вязкоупругие жидкости жидкости с нестационарной реологией. [c.106]

Таким образом, на основе теоретического анализа реологической кривой структурированной дисперсной системы в сочетании с экспериментальными методами инструментальной реологии и визуального изучения процесса разрушения можно схематически представить последовательные стадии разрушения структуры (рис. IV.4). [c.129]

Он вместе с уравнениями (3.14.12) и (3.14.13) образует полную систему уравнений реологии тиксотропных систем [10]. В практических расчетах в качестве независимой переменной удобно принимать напряжение сдвига т, а в качестве функции — скорость сдвига у. Фрактальная размерность флокул ф, концентрация дисперсной фазы ф, прочность структуры и вязкость среды "По являются параметрами задачи. Непосредственными расчетами легко убедиться, что эта система уравнений дает типичную (рис. 3.100) для ряда тиксотропных систем зависимость скорости сдвига от на- [c.709]

Для успешного решения задач по созданию новых материалов и разработки общих принципов управления их физико-механическими свойствами применяется, рожденная в последние 10—15 лет в Советском Союзе, пограничная область науки — физико-химическая механика, объединяющая вопросы реологии (течения), механики, физики твердого тела (молекулярной физики), физико-химических процессов, происходящих на различных твердых поверхностях. Ее возникновение связано с именем академика П. А. Ребиндера. Исследования, проведенные П. А. Ребиндером [16] и нами [2, 3], однозначно указывают на коагуляционный характер образования пространственных сеток в дисперсиях глинистых минералов. Такие системы являются тиксотропными, причем тонкие прослойки дисперсионной среды, т. е. наиболее близкие к поверхности частиц слои гидратных оболочек, оказывают пластифицирующее действие, создавая условия для образования обратимых, хотя и неполных контактов и значительных остаточных, а иногда и быстрых эластических деформаций. С увеличением толщины прослоек между частицами дисперсной фазы по местам контактов, например за счет адсорбирующихся поверхностно-активных веществ, имеет место понижение прочности системы на сдвиг, т. е. ее разжижение и потеря тиксотропных свойств. Установлено, что изменение величин структурно-механических констант и энергии связи Ее (условный модуль деформации) зависит от кристаллической и субмикроскопической структуры минералов, рода обменных катионов и др. Управляя лиофильными, в данном случае гидрофильными свойствами дисперсных минералов, можно получать коагуляционные структуры их водных дисперсий с необходимыми механическими (деформационными) ха- [c.6]

Коагуляционные структуры. Как следует из названия, фиксация взаимного положения частиц в этих системах наступает в результате коагуляции (слипания частиц). При достаточной концентрации дисперсной фазы коагуляция ведет к образованию сплошной рыхлой сетки из взаимосвязанных частиц. Наличие определенной прочности такой сетки ведет к превращению жидкой текучей взвеси в желеобразное или пластичное состояние. Отсюда и название структурированного коллоида — гель (gel) — структурированный коллоидный раствор. Коагуляция — наиболее распространенная причина структурирования. Важным частным случаем коагуляционного структурирования является образование параллельных линейных цепочек из связан-HbD между собой частиц при действии на дисперсную систему магнитного или электрического поля. С их изучения и началось становление современной теоретической реологии дисперсных систем. [c.677]

Более важными являются те особенности систем с минимально возможным значением фрактальности, которые могут быть основанием для ревизии самой целесообразности применения фрактального метода в описании состояния дисперсной системы. Следует учесть, что объем, занимаемый фрактальной флокулой, приравнивается к объему описанной вокруг нее сферы. Применительно к простым линейным цепочкам такой подход может быть оправдан, если их ориентация случайна и непостоянна. Тогда действительно они в своем движении, например при вращательной диффузии, очерчивают вокруг себя сферическую полость, которую они якобы всю и всегда занимают. В то же время реально существуют дисперсные системы, в которых ориентация линейных цепей параллельна и неизменна. Это, в частности, линейная цепочечная структура, возникающая при действии магнитного или электрического поля на соответствующие дисперсные системы. В концентрированном коллоидном растворе ферромагнетика расстояния между соседними параллельными цепями могут быть намного меньше их длины. Поэтому нельзя считать, что каждая цепь занимает такой же объем, как сфера с диаметром, равным длине цепи. Главное же обстоятельство состоит в том, что геометрия линейных цепочек настолько проста и предсказуема, что отпадает всякая необходимость рассматривать их как фрактальные объекты. В историческом плане это также оправдано, поскольку основополагающие идеи теоретической реологии, связанные с введением в практику уравнений структурного состояния в потоке, были выдвинуты и развиты [6] на примере цепочечной модели коагуляционных структур задолго до того, как были осознаны и стали применяться возможности фрактальной геометрии в описании коллоидов. В силу геометрической на1 лядности цепочечная модель позволяет со всей необходимой полнотой понять механизм важнейших реологических эффектов структурирования, поэтому ниже она будет рассмотрена отдельно и детально. Примечательно, что, оставаясь альтернативой фрактальной модели, цепочечная модель дает практически те же результаты, что и фрактальная. Поэтому она может одновременно считаться и частным случаем фрактальной модели. Примечательно, что, оставаясь альтернативой фрактальной модели, цепочечная модель дает результаты, которые в некоторых аспектах сходны с [c.712]

Наличие цеггочечных агрегатов и их ответственность за магнитооптические эффекты в феррожидкостях наглядно демонстрируется с помощью динамо-магнитооптического эффекта. Его суть в том, что цепочечные агрегаты легко разрущаются при механическом воздействии (течении), поэтому происходит ослабление оптического эффекта агрегации магнитным полем. Такие воздействия контролируемой величины легко создаются при сдвиговом течении феррожидкости, например при возвратно-поступательном движении тонкой стеклянной пластинки, помещенной в оптическую кювету с феррожидкостью. Результаты подобных опытов подтвердили эту гипотезу с увеличением скорости движения пластинки магнитооптический эффект уменьшался ожидаемым образом (рис. 3.136). Теория динамо-магнитооптического эффекта [4] положила начало принципиально новому подходу к проблемам реологии дисперсных систем. Она продемонстрировала возможность количественного описания структурного состояния дисперсных систем как функции скорости или напряжения ее сдвиговой деформации и тем самым ввела в теоретическую реологию понятие об уравнении структурного состояния вместо преобладавших тогда представлений о структуре как о некой качественной, статичной характеристике дисперсной системы. В работах П.А. Ребиндера указывалось, что изменение вязкости неньютоновских жидкостей объясняется измене- [c.759]

Одной из валснейших новтлх проблем современной коллоидной химии — физической химии дисперсных систем и поверхностных явлений в них следует считать образование пространственных структур различного рода [1] в дисперсных системах и управление процессами структурообразования и свойствами дисперсных структур, прежде всего их механическими свойствами (деформационными и прочностными). Развитие этого раздела коллоидной химии в значительной мере способствовало возникновению самостоятельной области химической науки — физико-химической механики дисперсных структур и материалов [2]. Задача новой области знания, объединяющей ряд проблем реологии, молекулярной физики (физики твердого тела), механики материалов и технологии их производства, состоит прежде всего в установлении механизма и закономерностей процессов образования, деформации и разрушения дисперсных структур различного типа [3]. [c.52]