Розділ 3. РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Уявлення про якісний і кількісний характер ліофільності були розвинуті, і головним чином, при вивченні змочуваності ДФ водою. За величиною і природою енергії зв’язку розрізняють чотири види зв’язку води з дисперсними тілами.

1. Хімічно зв’язана вода у вигляді гідроксильних йонів, гідратів і конституційної води кристалогідратів.

2. Адсорбційно зв’язана вода (звичайно, відповідає мономолекулярному шарові).

3. Капілярно зв’язана вода.

4. Вільна вода (захоплюється механічно і утримується в дисперсній структурі).

Універсальним і широко розповсюдженим методом регулювання ліофільності ДС є метод хімічного модифікування, який дозволяє різко змінити природу поверхні дисперсної речовини. Для цього використовуються всі види ПАР, а також різні хемічні додатки.

Поряд з методом хемічного модифікування використовується метод кислотної активації, яка сприяє підвищенню сорбційної здатності вихідних ДФ.

Важливим методом управління ліофільністю ДФ є метод йонного обміну, який спричиняє зміну їх поверхневих властивостей при взаємодії з дисперсним середовищем.

Особливої уваги заслуговують методи низько- і високочастотної вібраційно-механічної активації різних речовин (ультразвукова обробка, вібрація, механічні дії). За їх допомогою можна підвищити величину ефективної питомої енергії твердих речовин і змінити характер їх взаємодії з дисперсним середовищем різної хемічної будови.

Широкого промислового значення набули методи термічного і гідротермічного регулювання, застосовуються також методи нейтронної і магнітної обробки, електричної і електрохімічної дії.

Розділ 3. РЕОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ.

3.1. Загальні поняття про реологію.

РЕОЛОГІЯ - це наука про деформації і течію різноманітних реальних тіл. Вона вивчає розвиток деформаційних процесів у часі, які призводять до практично рівноважних станів або до стаціонар­ної течії (релаксаційним явищам).

Класична механіка однофазних (суцільних) середовищ виділяє наступні найважливіші властивості фізичних тіл: пружність, в'яз­кість, пластичність, міцність, повзучість, релаксація та інші, які наз. механічними. Всі різноманітні ДС у різній мірі володіють вищенаведеними параметрами однофазних тіл. Механічні властивості, які характерні для ДС, наз. реологічними. Завдання реології, як науки, полягає у з'ясуванні зв'язків між напруженнями і деформа­ціями в конкретній точці ДС в певний момент часу при відомих зов­нішніх силах, що діють на систему.

Під терміном "деформація" розуміють відносне переміщення точок системи під впливом будь-яких сил. Точкою системи наз. та­кий матеріальний об'єм середовища, всі точки якого мають постійну швидкість.

Напруження - це сила, віднесена до площі дії, яка при по­ділі на дві складові - нормальну (розтяг, стиск) і дотичну дає два види напружень - нормальне і дотичне. Нормальні напруження викликають зміну об'єму (об'ємна деформація), дотичні - зміну форми (зсувна деформація).

Пружні деформації поділяються на об'ємні, зсувні і дефор­мації кручення. Якщо напруження () пропорційно деформації (), то таке тіло наз. ідеально пружнім (описується законом Гука). Ко­ефіцієнт між  і  наз. модулем пружності. При цьому, якщо  - об'ємна деформація, то коефіцієнт пропорційності наз. об'ємним модулем пружності або модулем Юнга, який позначається Е. Якщо  - зсувна деформація, то коефіцієнт пропорційності наз. модулем зсу­ву і позначається G. Таким чином, закон Гука для одномірної де­формації записується так:

= G *  (3.1)

Величина модулів обумовлюється властивостями матеріалу, зовнішніми навантаженнями і, можливо, часом. Якщо модулі Е та G не залежать від навантаження і часу, то вони рахуються константа­ми для даного матеріалу. Модулі Е та G наз. реологічними харак­теристиками системи.

При постановці реологічних задач, переважно, представляють інтерес деформації формозміни - пружні деформації зсуву. Кожна структурована система підпорядковується закону Гука до певної границі зростання напруження, яка наз. границею пружності. Якщо напруження перевищує цю границю, то наступає новий вид деформації - пластичні деформації, які не завершуються повністю після зняття напруження.

При певних напруженнях може наступити розрив суцільності тіла. Напруження, яке відповідає цьому моменту наз. границею міц­ності структури.

Якщо границя міцності близька до границі пружності, то тіло наз. крихким. Якщо ці характеристики сильно відрізняються, тобто в тілі виникають достатньо великі пластичні деформації, то тіло наз. пластичним. Великі пластичні деформації наз. ще плас­тичною течією. Тоді границя міцності наз. границею текучості. Пластичні деформацію є незворотними.

Структуровані системи характеризуються в'язкістю - коеф. пропорційності між величиною дотичних напружень () і швидкістю деформування (d/dt). Матеріальні тіла, для яких в'язкість () зале­жить від напружень зсуву і часу, наз. неньютонівськими рідинами, в самі тіла - неньютонівськими. Якщо в'язкість неньютонівських систем не залежить від часу, а залежить від фізичних властивостей текучої системи і напружень зсуву, то таку в'язкість наз. ефек­тивною.

Всім структурованим системам в реальних умовах характерні в різній мірі пружні, пластичні і в'язкі властивості. Акцентуючи перевагу одних властивостей над іншими, вводять такі позначення тіл: пружньо-в'язкі, пружньо-крихкі, пружньо-в'язко-пластичні, то­що. Всі реологічні коефіцієнти системи (Е, G, ) залежать від температури.

ВІБРОРЕОЛОГІЯ ДС. Дисперсні середовища при вібраційній об­робці можна поділити на дві групи. До першої відносяться середо­вища, для яких криву течії можна побудувати в статичних умовах, до другої - середовища, для яких її можна представити лише в умо­вах вібраційного фону. До таких структур належать міцні твердопо­дібні системи з великою границею текучості, а також нереологічні сипучі середовища.

Досліджено, що при заданих сталих частоті та амплітуді вібраційного фону в'язкість структурованої системи, що обробляється, не залежить від напружень зсуву. Із зміною амплітудно-час­тотної характеристики в'язкість міняється так само, як і в ста­тичних умовах по S-подібній кривій.

Оптимальну технологію обробки коагуляційно-тиксотропних структур неможливо розрахувати без знання їх реологічних кривих. Фізичне обгрунтування їх математичної моделі дає можливість по найменшому числу механічних характеристик відтворити реологічну криву для заданої системи.

Віброреологія дозволяє встановити частоти, амплітуди і час, необхідні для обробки структурованих систем (неньютонівських рідин) при накладанні вібрації. Яскравий приклад такого ефекту - бетонна суміш, яка важко піддається обробці по причині високої в'язкості, а при вібрації - поводить себе як рідина.

Поиск по сайту: