1. Характеристика наполнителей

Композиционные материалы – это системы, состоящие из двух и более различных твердых фаз.

Дисперсная система – совокупность тел с высокоразвитой поверхностью вместе со средой, в которой они распределены.

Ультрамикрогетерогенные (коллоидные) размер частиц в пределах от 1 до 100 нм;

Микрогетерогенные размер частиц от 0,1 до 10 мкм;

Грубодисперсные размер частиц превышает 10 мкм.

Дисперсность определяется:

1. Удельная поверхность – отражает площадь межфазной поверхности. Основные методы определения:

1. Метод БЭТ (низкотемпературной адсорбции газов). Снимается изотерма адсорбции

Находится А∞;

S_уд = А∞ * Na * w, w – площадь, занимаемая одной частицей

2. Метод адсорбции катионных красителей – используется для определения поверхности оксидов. Краситель – метиленовый голубой. Поверхность оксидов заряжена отрицательно. В раствор вводят избыток красителя. В результате адсорбции образуется монослой. После установления адсорбционного равновесия оценивают концентрацию красителя по оптической плотности с помощью калибровочной прямой.

2. размеры частиц

методы определения размеров частиц

1. Ситовой анализ. Метод простой, минимальный размер ~ 50 мкм. Более высокодисперсные частицы из-за склонности к агрегации определить сложно.

2. Ситовой анализ в жидких средах «мокрый рассев». Минимальный размер частиц ~5мкм

3. Седиментационный анализ в гравитационном поле. Пределы 1 – 100 мкм. Мелкие частицы вовлекаются в броуновское движение, а большие вызывают турбулизацию.

4. Седиментационный анализ в ц/б поле, 0,1 – 10 мкм. Угловая скорость до 10³ об/мин

5. Ультрацентрифугирование, 5 – 100 нм, угловая скорость ~ 10⁷ об/мин.

6. Оптическая микроскопия. Условие: размер частиц не должен превышать длину волны (d = 1 – 100 мкм)

7. Электронная микроскопия (5 – 100 нм)

8. Динамическое светорассеяние (на основе рассеивания света) 5 – 10 нм

9. Кондуктометрический метод (0,2 – 800 мкм). Суспензия помещается в раствор NaCl. Измеряется сопротивление: R~размерам частиц.

3. Форма частиц, количественные характеристики.

Основные параметры формы частиц

1. Сферические –

□ соотношение размеров a:b:c = 1:1:1

□ Площадь удельной поверхности, S_уд = s/V = K/a, где а – наименьший размер. Для сферических частиц K = 6

□ вязкость системы: η = η_среда (1 + αφ), α = 2,5

2. Кубические –

□ соотношение размеров a:b:c = 1:1:1

□ площадь удельной поверхности, S_уд = K/a (K = 6)

□ вязкость системы η = η_среда (1 + αφ), α = 4

3. Пластинчатые –

□ соотношение размеров a:b:c = 1:(10÷25):(10÷25)

□ площадь удельной поверхности S_уд = K/a (K = 2)

□ вязкость системы η = η_среда (1 + αφ), α ~ 5

4. Призматические –

□ соотношение размеров a:b:c = 1:1:(1,5÷4)

□ площадь удельной поверхности, S_уд = K/a (K = 4)

□ вязкость системы η = η_среда (1 + αφ), α ~ 3-6

5. Волокна –

□ соотношение размеров a:b:c = 1:1:более 10

□ площадь удельной поверхности, S_уд = K/a (K = 4)

□ вязкость системы η = η_среда (1 + αφ), α ~ 3-6

Форма частиц определяется способом помола:

- в мельницах с мелющими телами – форма близка к сферической

- в струйных мельницах – распределение по размерам узкое, форма разнообразная (полиэдрическая).

Закон Стокса

На каждую частицу действует сила тяжести и сила Архимеда:

F_g = mg = vρg и F_a = vρ₀g

Эти силы направлены в разные стороны, равнодействующая сила, вызывающая седиментацию равна:

F_сед = F_g – F_a = m_отg = v(ρ – ρ₀)g

При ламинарном движении частицы возникает сопротивление, сила трения, пропорциональная скорости движения частицы:

F = F_сед – Fтр = v(ρ – ρ₀)g – Bu

При равноускоренном движении движущая сила F = 0. скорость движения частицы становится постоянной:

u = v(ρ – ρ₀)g/B = v(ρ – ρ₀)g/(6πηr) = 2r²(ρ – ρ₀)g/(9η)

Условия соблюдения законы Стокса

1. Частицы дисперсной фазы должны осаждаться независимо друг от друга.

2. Частицы должны иметь сферическую форму. Если она не сферическая, то вводят фактор формы:

Ф = s_сф/s

Эквивалентный радиус – радиус сферической частицы, оседающей с той же скоростью, что и реальная частица.

3. Движение частиц должно быть ламинарным. Неправильная форма способствует турбулентности. Уменьшение скорости осаждения достигается увеличением дисперсности частиц, вязкости и плотности среды.

4. Закон стокса предполагает наличие вязкого трения, когда граница (поверхность) движения частицы относительно среды находится внутри дисперсионной среды, вязкость которой определяет коэффициент трения. Если межфазное взаимодействие мало (трение оказывается внешним), то возникает скольжение, ускоряющее движение частицы.

5. Размеры частиц находятся в интервале от 0,1 до 100 мкм

6. Сольватация. Ее учитывают, если размер сольватационного слоя сопоставим с размером частицы.