27.1 Закон Ньютона

Наука, що вивчає закономірності деформації твердих тіл та течії рідин під дією механічного навантаження називається реологією. Закон в'язкої течії рідинвідкрив Ньютон: "Сила внутрішнього тертя, що виявляється під час взаємного переміщення шарів рідини, прямо пропорційна градієнту відносної швидкості цього переміщення і площині поверхні шарів".

Математично закон записується так:

, (27.1)

де F– сила тертя, що діє на поверхню шару рідини в напрямку протилежному його руху;w– відносна швидкість двох шарів рідини площиноюS, що знаходяться на відстаніх; – в’язкість рідини (рис.27.1).

В'язкістьможна визначити, як опір рідини взаємному переміщенню її шарів. Вимірюють в'язкість у пуазах, 1 Пз = Н/мс.

Рисунок 27.1 – До формулювання закону Ньютона

27.2 Віскозиметрія

Розділ реології, що вивчає в'язкість рідин називається віскозиметрією. Прилади для вимірювання в'язкості називаються віскозиметрами. Існує ціла низка віскозиметрів, принципи роботи яких ґрунтується на вимірюванні швидкості таких процесів:

– вільного падіння в рідині кульки певного об'єму або маси (метод Стокса);

– затухання в рідині ультразвукових коливань (метод Кулона);

– кутового обертання робочих поверхонь, що занурені в посудину з рідиною (ротаційні віскозиметри);

– витікання рідини через капілярну трубку (віскозиметри Освальда).

Для характеристики реологічних властивостей розчинів ВМС застосовують такі величини:

– відносна в’язкість– відношення в'язкості розчину до в'язкості розчинника,_В = /₀;

– питома в’язкість– відношення збільшення в'язкості розчину порівняно з розчинником до в'язкості самого розчинника,_пит = _В – 1;

– приведена в’язкість– питома в'язкість приведена до одиниці концентрації розчину ВМС,_пр = _пит/С;

– характеристична в’язкістьявляє собою приведену в’язкість за нескінченного розбавлення розчину ВМС,

Дослідження в’язкості розбавлених розчинів ВМС дає непряму інформацію про їх молярну масу. Залежність характеристичної в’язкості розчинів ВМС від їх молярної маси характеризується рівнянням Марка-Хаувінка:

, (27.2)

де k – константа, характерна для кожного гомологічного ряду ВМС; – коефіцієнт, що враховує ступінь гнучкості ланцюгів ВМС.

Значення  змінюються в інтервалі від 0,5…0,9. Для часточок, що мають сферичну форму вони мінімальні, а для макромолекул витягнутої паличкоподібної форми – максимальні.

27.3 В’язкість структурованих систем

За своїми реологічними властивостям рідини поділяються на дві групи: ньютонівські або ідеально-в’язкі і неньютонівські, для яких закон Ньютона не виконується. До перших відносяться низькомолекулярні розчинники та розчини на їх основі. Їх в’язкість – це величина стала, яка не залежить від напруги зсуву і швидкості течії рідини.

Витягнені і гнучкі макромолекули ВМС здатні злипатися між собою внаслідок міжмолекулярної взаємодії. В результаті утворюються довгі ланцюги, що пронизують весь об’єм рідини. Такі системи, їх називаютьструктурованими, подібні до тривимірної просторової сітки, яка містить в собі нерухому рідину (рис. 27.2). Утворення зв'язків між макромолекулами впливає на реологічні властивості розчинів ВМС: їх в’язкість не є величиною сталою і залежить від швидкості течії рідини. За малої швидкості руху рідини, зчеплення між макромолекулами встигає відновитися і в’язкість системи виявляється дуже значною. Висока швидкість руху рідини перешкоджає відновленню зв’язків між макромолекулами ВМС, зменшуючи в’язкість системи.

Рисунок 27.2 – Структурований розчин ВМС: 1 – макромолекули; 2 – рідина; 3 – захисні шари; 4 – ділянки позбавлені захисних шарів

На реологічних кривих для таких систем спостерігають дві ділянки з сталою величиною в’язкості. Одна з них відповідає незруйнованій структурі макромолекул ВМС, друга – повністю зруйнованій (рис.27.3). За наявності великого числа зв’язків між макромолекулами ВМС течія їх розчинів стає зовсім неможливою. Під дією зовнішніх сил у структурованих системах спостерігається лише пружна деформація, тобто вони ведуть себе подібно твердим тілам. Загальноприйнята назва таких систем – драглі.