Что такое структурная вязкость

Структурная вязкость

Смотреть что такое «Структурная вязкость» в других словарях:

СТРУКТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ — вязкость, связанная с возникновением структуры в жидкости и зависящая от градиента скорости течения. С. в. характерна для дисперсных систем (в т. ч. коллоидных р ров) и р ров высокополимеров. С. в. обусловлена тем, что при течении… … Физическая энциклопедия

структурная вязкость — struktūrinė klampa statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Klampos koeficiento sumažėjimas didinant polimerinės sistemos šlyties įtempį. atitikmenys: angl. pseudoplasticity; structural viscosity vok. Strukturviskosität, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

структурная вязкость — struktūrinė klampa statusas T sritis chemija apibrėžtis Tariamosios klampos sumažėjimas augant pastovaus srauto šlyties greičiui. atitikmenys: angl. shear thinning; structural viscosity rus. псевдопластичность; структурная вязкость … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Структурная вязкость смеси — – величина вибровязкости смеси. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

пластическая или структурная вязкость — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN plastic viscosity … Справочник технического переводчика

пластическая вязкость — структурная вязкость — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы структурная вязкость EN rigiditystructural viscosity … Справочник технического переводчика

в’язкість структурна — структурная вязкость structural viscosity *Strukturviskosität – Див. в’язкості структурної коефіцієнт … Гірничий енциклопедичний словник

Свойства бетона — Термины рубрики: Свойства бетона Адгезия к бетону База измерения продольных линейных деформаций образца Вода минерализованная … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Коллоидные системы — коллоидно дисперсные системы, коллоиды, традиционные названия предельно высокодисперсных (микрогетерогенных) систем. Частицы дисперсной фазы в К. с., коллоидные частицы, обычно имеют размер от 10 7 до 10 5 см. В газе или жидкости они… … Большая советская энциклопедия

коллоидная система — Термин коллоидная система Термин на английском colloidal dispersion; colloid Синонимы дисперсная система Аббревиатуры Связанные термины аэрогель, диспергирование, золь, золь гель переход, коагуляция, коллоидная химия, коллоидный раствор,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Источник

СТРУКТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ

Смотреть что такое «СТРУКТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ» в других словарях:

структурная вязкость — struktūrinė klampa statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Klampos koeficiento sumažėjimas didinant polimerinės sistemos šlyties įtempį. atitikmenys: angl. pseudoplasticity; structural viscosity vok. Strukturviskosität, f;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

структурная вязкость — struktūrinė klampa statusas T sritis chemija apibrėžtis Tariamosios klampos sumažėjimas augant pastovaus srauto šlyties greičiui. atitikmenys: angl. shear thinning; structural viscosity rus. псевдопластичность; структурная вязкость … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Структурная вязкость — вязкость, связанная с возникновением структуры в жидкости и зависящая от градиента скорости течения. С. в. характерна для дисперсных систем (См. Дисперсные системы) (в т. ч. коллоидных растворов) и растворов высокополимеров. Возникновение … Большая советская энциклопедия

Структурная вязкость смеси — – величина вибровязкости смеси. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

пластическая или структурная вязкость — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN plastic viscosity … Справочник технического переводчика

пластическая вязкость — структурная вязкость — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы структурная вязкость EN rigiditystructural viscosity … Справочник технического переводчика

в’язкість структурна — структурная вязкость structural viscosity *Strukturviskosität – Див. в’язкості структурної коефіцієнт … Гірничий енциклопедичний словник

Свойства бетона — Термины рубрики: Свойства бетона Адгезия к бетону База измерения продольных линейных деформаций образца Вода минерализованная … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Коллоидные системы — коллоидно дисперсные системы, коллоиды, традиционные названия предельно высокодисперсных (микрогетерогенных) систем. Частицы дисперсной фазы в К. с., коллоидные частицы, обычно имеют размер от 10 7 до 10 5 см. В газе или жидкости они… … Большая советская энциклопедия

коллоидная система — Термин коллоидная система Термин на английском colloidal dispersion; colloid Синонимы дисперсная система Аббревиатуры Связанные термины аэрогель, диспергирование, золь, золь гель переход, коагуляция, коллоидная химия, коллоидный раствор,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий

Источник

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА дисперсных систем. Структурная вязкость.

Структурно-механические свойства изучает реология – наука о деформациях и течении. В реологии механические свойства систем описываются с точки зрения деформаций, возникающих под действием внешних напряжений. В коллоидной химии методы реологии используются для изучения структуры и вязкостных свойств дисперсных систем.

Основными понятиями реологии являются деформация и напряжение. Под деформацией понимают относительное смещение точек системы без нарушения ее сплошности. Различают упругие и остаточные деформации. Упругие деформации обратимы, при упругой деформации после снятия приложенного напряжения структура тела полностью восстанавливается. Остаточные деформации необратимы, после снятия напряжения в структуре системы остаются изменения. Остаточные деформации, не приводящие к разрушению тела, называются пластическими.

Напряжение, под действием которого происходит деформация, определяется как отношение силы к площади, на которую эта сила действует. Напряжения, вызывающие деформации, делятся на нормальные и тангенциальные. Каждому виду напряжений соответствует определенный вид деформации. Нормальные напряжения вызывают деформации растяжения (сжатия), тангенциальные – деформации сдвига. Наиболее важными для реологических исследований являются деформации сдвига, т.к. при этих деформациях проявляются такие важнейшие свойства материальных систем как упругость, пластичность, вязкость и прочность.

П.А. Ребиндер предложил классифицировать структуры, образующиеся в дисперсных системах, по характеру взаимодействия частиц. В соответствии с этим различают конденсационно-кристаллизационные и коагуляционные структуры. При срастании частиц образуются конденсационно-кристаллизационные структуры, обладающие жесткой структурой и высокой прочностью. Коагуляционные структуры образуются в случае контактирования частиц через прослойку дисперсионной среды. Для систем с коагуляционными структурами характерно восстановление структуры во времени после ее механического разрушения. Это явление получило название тиксотропии.

По реологическим свойствам все реальные системы делят на жидкообразные и твердообразные. К жидкообразным системам относятся системы с пределом текучести равным нулю (q = 0), к твердообразным – с q > 0.

Жидкообразные системы делят на ньютоновские и неньютоновские. Ньютоновскими называют системы, подчиняющиеся закону Ньютона. Вязкость ньютоновских жидкостей не зависит от напряжения сдвига.

При перемещении жидкости по узким трубкам отдельные ее слои передвигаются с различными скоростями, возрастающими от стенок к центру (рисунок 5.1). Между слоями текущей жидкости возникает сила внутреннего трения F_тр.равная, согласно закону Ньютона:

, (5.1)

где S – поверхность соприкосновения трущихся слоев; – изменение скорости абсолютной деформации между двумя слоями жидкости, на­ходящимися на расстоянии dx;

h – коэффициент пропорциональности;

– градиент скорости абсолютной деформации жидкости.

, (5.2)

где Р – напряжение сдвига, то есть сила, отнесенная к единице площади поверхности трущихся слоев. При P=h, тогда h принимает смысл напряжения сдвига при градиенте скорости сдвига равном единице; и носит название коэффициента внутреннего трения или динамической вязкости.

Непосредственное использование закона Ньютона для расчета вязкости затруднительно в силу сложности экспериментального определения градиента скорости. Обычно для этого применяют уравнение Пуазейля для истечения жидкости из узких трубок (капилляров)

, (5.3)

где V – объемная скорость истечения; r – радиус капилляра; – перепад давления, под действием которого жидкость вытекает из капилляра; l – длина капилляра; h – вязкость жидкости.

Уравнения Ньютона и Пуазейля справедливы только для ламинарного режима течения жидкости. Жидкости, подчиняющиеся законам Ньютона и Пуазейля, называются нормальными или ньютоновскими; жидкости, способные течь, но не подчиняющиеся этим уравнениям, принято называть аномальными или неньютоновскими.

Присутствие в жидкости частиц коллоидной степени дисперсности увеличивает вязкость. Связь между вязкостью системы h и концентрацией дисперсной фазы установил, исходя из чисто гидродинамических соображений, Эйнштейн:

, (5.4)

где – вязкость дисперсионной среды;

a– константа, зависящая от формы частиц дисперсной фазы (для сферических частиц a= 2,5); j– объемная доля дисперсной фазы в системе.

Уравнение (5.4) применимо только к разбавленным растворам, где частицы не оказывают влияния друг на друга и при условии ламинарного режима течения.

Однако в некоторых случаях даже при сравнительно небольших концентрациях лиофильного золя (например, разбавленные гидрозоли желатина, таннина, 0,0045 % –гидрозоль пятиокиси ванадия, 0,1% раствор бентонита в воде и др.), линейная зависимость, определяемая уравнением (5.4), нарушается, и вязкость оказывается значительно более высокой, чем это следует из уравнения.

Последнее обстоятельство объясняется, во-первых, тем, что эти золи могут легко переходить в гели и в системе появляется пространственная структура. Во-вторых, частицы коллоидов, взаимодействуя с дисперсионной средой, приобретают сольватные оболочки, что ведет к увеличению эффективного объема частиц.

При наличии в системе малопрочной пространственной структуры, способной разрушаться в вискозиметре, течение начинается лишь тогда, когда напряжение сдвига P превысит некоторое определенное критическое значение q, необходимое для. разрушения структуры, то есть, когда будет соблюдаться условие

Такое течение называется пластическим, а критическое (предельное) напряжение сдвига q– пределом текучести. Для таких систем уравнение Ньютона заменяется уравнением Шведова-Бингама

, (5.5)

где – вязкость, отвечающая так называемому пластическому течению системы.

Если пространственная структура отсутствует (q = 0), уравнение Шведова-Бингама (5.5) переходит в уравнение (5.2), а пластическая вязкость – в истинную вязкость жидкости.

В структурированных жидкостях течение с постоянной вязкостью начинается, когда напряжение сдвига Р превысит q (прямая 2 в системе координат , рисунок 5.2).

Отсюда пластическая вязкость

. (5.6)

Примером систем, подчиняющихся уравнению Шведова-Бингама, являются пасты из глины (глинистые растворы или промывочные жидкости), консистентные смазки, некоторые краски.

На основе уравнения Шведова-Бингама создана гидравлика глинистых растворов, позволяющая решать важные теоретические и практические задачи, связанные с расчетом потерь напора в циркуляционной системе, правильного подбора насосов и др.

Системы, подчиняющиеся уравнению Шведова-Бингама, называются бингамовскими. Для них характерно явление тиксотропии – изотермического перехода структурированной системы под действием сдвигового напряжения Р в бесструктурную и восстановление структуры после прекращения воздействия сдвигового напряжения.

Однако в большинстве случаев зависимость от Р выражается не прямой, а кривой 3 (рисунок 5.2); при достижении предела текучести структура разрушается не сразу, а постепенно по мере увеличения напряжения сдвига P.

В этом случае различают три критических напряжения сдвига: q_min– минимальный предел текучести, соответствующий началу течения или разрушения структуры; q_В– предел текучести по Шведову-Бингаму; q_mах –максимальный предел текучести, соответствующий значению напряжения, при котором кривая переходит в прямую, в этот момент структура полностью разрушена, и система течет как ньютоновская жидкость.

Простейший пример бингамовской системы, обладающей тиксотропными свойствами – глинистый буровой раствор. При прокачивании глинистого бурового раствора гидратированные частички глины не связаны друг с другом (рисунок 5.3 a) – глинистый раствор ведет себя какньютоновская жидкость. При остановке прокачивания частички глины самопроизвольно слипаются (при этом уменьшается свободная поверхностная энергия системы), образуется внутренняя структура (pисунок 5.3 b).

Вязкость системы становится бесконечно большой. Этот факт чрезвычайно важен при бурении скважин, так как при этом исключается возможность осаждения выбуриваемой породы на забой скважины. При восстановлении циркуляции структура вновь разрушается (pисунок 5.3 c) и глинистый раствор снова течет как бесструктурная ньютоновская жидкость.

Как уже указывалось, в большинстве случаев структурированные системы изменяются постепенно и только после полного разрушения структуры текут как ньютоновские.

По реологическому поведению к бингамовским системам относятся пульпы, шламы, зубные пасты, масляные краски, пластичные смазки.

В качестве моделей структурированных систем рассмотрим поведение водного раствора КМЦ и толуольного раствора каучука при их продавливании через капилляр вискозиметра.

На рисунке 5.4 a показана модель структуры водного раствора КМЦ, представляющая собой «кучу хвороста», где роль »хвороста» выполняют относительно небольшие макромолекулы КМЦ и структура «клубок ниток» (рисунок 5.4 b), образованная огромными и гибкими по сравнению с КМЦ макромолекулами каучука. Дисперсионной средой в этих системах являются соответственно вода и толуол. При приложении внешнего давления начинается постепенное «разрушение» структуры, выражающееся в упорядочении движения макромолекул. Структура считается разрушенной полностью, когда макромолекулы при их протекании через капилляр начинают двигаться упорядоченно, располагаясь вдоль оси капилляра – в этот момент указанные системы ведут себя как ньютоновские жидкости.

Вязкость жидкостей и дисперсных систем определяют различными методами: а) методом падающего шарика (вискозиметр Гепплера); б) методом истечения жидкости из капилляра (вискозиметр Оствальда, вискозиметр СПВ-5, используемый в нефтепромысловой практике); в) методом определения вязкостных характеристик с помощью ротационных и торсионных вискозиметров (вискозиметры Куэтта, Воларовича, СНС-2, Реотест-2 и др.).

При работе с капиллярным вискозиметром имеется простой способ выяснения вопроса, является ли исследуемая жидкость ньютоновской или неньютоновской. Для этого избыточное давление,под которым вытекает жидкость, умножают на соответствующее время истечения.

Представим уравнение Пуазейля в виде:

. (5.7)

Если произведение не зависит от давления, под которым происходит истечение, жидкость является ньютоновской, если же зависит – жидкость аномальная, неньютоновская.

Вязкость жидкостей существенно зависит от температуры. Для большинства жидкостей зависимость вязкости от температуры при постоянном давлении в узком интервале температур может быть описана уравнением:

, (5.8)

где h₀ – предэкспоненциальный множитель, слабо зависящий от температуры; Е_h – энергия активации вязкого течения.

Учитывая сильную зависимость вязкости жидкостей от температуры, эксперименты по изучению их реологического поведения проводят в условиях термостатирования исследуемой системы.

Лабораторная работа 5.1

Источник

Лако-красочные материалы — производство

Технологии и оборудование для изготовления красок, ЛКМ

СТРУКТУРНАЯ ВЯЗКОСТЬ

Как указывалось выше, структурированные системы не подчи­няются закону Ньютона. Это может быть обусловлено либо нали­чием в жидкости несвязанных друг с другом обрывков структуры, либо малопрочной «сплошной структурной сеткой, способной раз­рушаться при действии на систему сравнительно малых усилий.

В первом случае система ведет себя при течении как жидкость, в которой взвешены частицы, способные ориентироваться или де­формироваться. Обрывки структурной сетки разрушаются в ре­зультате различной скорости слоев в потоке, а отдельные элементы разрушенной сетки, если они имеют вытянутую форму, ориенти­руются своей длинной осью по направлению течения.

Второй случай более сложен. Сначала Ф. Н. Шведов, затем Бингам предположили, что течение системы с малопрочной про­странственной структурой начнется лишь тогда, когда напряжение сдвига Р превысит какое-то определенное критическое значение 0, необходимое для разрушения структуры, т. е. когда начнет соблю-. даться условие Р — 0 > 0. Такое течение Бингам называет пла­стическим, а критическое (предельное) напряжение сдвига 0 —> Пределом текучести.

Очевидно, что для систем с пластическим течением уравнение Ньютона должно быть заменено уравнением Бингама:

Где г)’ — вязкость, отвечающая пластическому течению системы (пластическая вязкость).

При отсутствии структурной сетки значение 0, очевидно, равно нулю и уравнение Бингама переходит в уравнение Ньютона, а пла­стическая вязкость т)’ — в истинную вязкость жидкости. Бингам принимает, что как только Р превысит 6 и начнется течение, вяз­кость системы сразу принимает постоянное значение. При таких

Рис. X, 6. Зависимость между Du/Dx И Р для реальной пластической си­стемы.

Рнс. X, 5. Зависимость между Du/Dx и Р для пластической системы по Бннгаму.

Условиях зависимость du/dx от Р выразится прямой линией (рис. X, 5). Согласно этому рисунку пластическую вязкость можно выразить так:

Где р — угол, образуемый прямой с осью абсцисс.

Примером систем, довольно хорошо подчиняющихся уравне­нию Бингама, могут служить пасты из глины и консистентные смазки. Однако для большинства структурированных коллоидных систем зависимость du/dx от Р выражается не прямой, а кривой (рис. X, 6). Причина такого явления заключается в том, что при достижении предела текучести структура разрушается не сразу, а постепенно по мере увеличения градиента скорости движения жидкости. Очевидно, можно различать три критических напряже­ния сдвига: 1) 6/ — первый, или минимальный, предел текучести, соответствующий началу течения (началу разрушения структуры); 2) 0В — предел текучести по Бингаму, отвечающий отрезку на оси абсцисс, отсекаемому продолжением прямолинейного участка кри­вой; 3) 0Макс — максимальный предел текучести, соответствующий значению Р, при котором кривая переходит в прямую линию.

Очевидно, бмакс представляет собой то напряжение, при котором структура в жидкости разрушается полностью. Все три предела являются характеристикой механических свойств структуры, суще­ствующей в системе.

В последние годы структурная вязкость коллоидных систем была детально изучена П. А. Ребиндером и его школой, а также

А. А. Трапезниковым с сотр. В результате — этих работ было показано, что при любок скорости течения в коагуляционной струк­туре протекают два противоположных про­цесса — разрушение и восстановление. Рав­новесное состояние между этими процес­сами в установившемся потоке характери­зуется эффективной вязкостью.

При малых скоростях течения системе — наносятся незначительные повреждения* так как разрушения, неразрывно связан­ные с течением, успевают тиксотропно вос­становиться вследствие медленности про­цесса течения и течение системы происходит практически без разрушения структуры, т. е„ наблюдается явление ползучести.

При больших скоростях течения струк­тура системы значительно разрушается; при этом разрушенная структура из-за быстроты процесса восстанавливается не­значительно.

Для характеристики течения структури­рованных жидкостей и пластичных тел сле­дует использовать не пластическую, а эф­фективную вязкость г)*, которая уменьшает­ся с ростом действующего напряжения сдви­га в системе. При малых напряжениях: сдвига эффективная вязкость имеет наи­большее значение, равное тід вязкости жид­кости с практически неразрушенной струк­турой. При больших напряжениях сдвига эффективная вязкость уменьшается до предельного значения т)Мин — вязкости, отвечающей полному разрушению структуры (при усло­вии сохранения ламинарности потока).

Кривые течения (Du/dx, Р) и зависимость вязкости от напря— жения сдвига для структурированных систем, по П. А. Ребиндеру,. имеют вид, изображенный на рис. X, 7.

Вязкость структурированных коллоидных систем сильно зависит от условий ее определения, в частности от градиента скорости, пр№ котором она измеряется. Поэтому значения вязкости таких си­стем можно сравнивать только тогда, когда они найдены в таких, состояниях, которые характеризуются одинаковыми значениями
числа Рейнольдса. Кроме того, по тем же соображениям вязкость золей целесообразно определять не при каком-нибудь одном на­пряжении сдвига, а необходимо получать кривые du/dx, Р, харак­теризующие реологические свойства системы в достаточно боль­шом интервале значений Р. Однако даже при измерении в совер­шенно одинаковых условиях с использованием одного и того же •вискозиметра найденные значения вязкости для какой-нибудь оп­ределенной системы могут существенно различаться в зависимости ■от предыстории системы и от того, когда система была приготов­лена. Так, при достаточно длительном стоянии коллоидной си­стемы вязкость ее может постепенно повышаться благодаря про­цессу структурирования. Такое изменение вязкости можно наблю­дать на золях гидрата окиси железа или пятиокиси ванадия. С другой стороны, в результате механического воздействия, на­пример при протекании систем через капилляр, структуры, обра­зовавшиеся в системе, могут разрушаться, вследствие чего вязкость ее уменьшается. Именно этим объясняется то обстоятельство, что яри следующих непосредственно друг за другом измерениях вяз­кости с помощью капиллярного вискозиметра очень часто полу­чают непрерывно уменьшающиеся значения, стремящиеся к опре­деленному пределу.

Источник