21. Структуры типа кс-1

Условия возникновения:

Структуры такого типа возникают, если реализуется энергетическая кривая «с минимумом и потенциальным барьером». Т.е. возникают за счет взаимного притяжения. Это коагуляционные структуры (по Ребиндеру).

Формирование: частицы подходят друг к другу на критическое расстояние. В объеме возникают агрегаты. При увеличении концентрации агрегаты взаимодействуют друг с другом и с частицами. Формируется неупорядоченная структурная сетка из агрегатов частиц. Для нее характерна высокая степень дефектности.

Агрегаты из двух частиц сильнее притягивают третью, т.к. дисперсионные силы суммируются. Процесс роста агрегатов ограничивается только силой тяжести (mg~r³), гидростатическим сопротивлением среды.

Структуры КС-1 наиболее часто встречающийся тип дисперсных систем. Характерен для частиц, размер которых порядка 0,1÷10 мкм. Системы с такими частицами – седиментационно неустойчивы, но благодаря структурной сетке они приобретают устойчивость.

Критический диаметр: силы F₁ и F₂ – силы сцепления между частицами 1 и 2. Если они > mg, то структура будет существовать неограниченно долгое время.

d_кр = ³√[2F/((ρ-ρ₀)g)],

если d< d_кр при F = const, структура не будет разрушаться под действие силы тяжести.

При F ≈ 10^-11÷10^-9 и Δρ≈2*10³ кг/м³ критический диаметр равен 10÷50 мкм.

Тиксотропия и кривые течения и эффективной вязкости.

Тиксотропия – обратимое уменьшение эффективной вязкости во времени при приложении постоянного напряжения сдвига.

Импульсное приложение нагрузки приведет к перестройке структуры, вязкость постепенно уменьшится до определенного значения

Кривая течения

Кривая эффективной вязкости

Р_к – критическое напряжение, отвечающее началу разрушения структуры;

Р_м – максимальное напряжение сдвига, при котором пространственная структура практически полностью разрушается;

Р_т – динамическое предельное напряжение сдвига, соответствует пределу текучести по Бингаму;

η_макс – максимальная эффективная вязкость растворов. Вязкость – ньютоновская и имеет постоянное значение. Определяется число межчастичных контактов в единице объема системы;

η_мин – минимальная эффективная вязкость растворов, наблюдается при Р> Р_м.

механизмы структурных превращений при различных нагрузках

Р< Р_к – в области малых сдвиговых напряжений вязкость суспензии является высокой (η_макс) и постоянной. Это свидетельствует о неизменности структуры в диапазоне нагрузок. В тоже время на кривой течения – прямая с малым наклоном. Это говорит о низкой скорости развития деформации. В области таких нагрузок происходит разрушение межчастичных связей в мостиках, которые связывают агрегаты частиц, в результате чего отдельные элементы структуры начинают перемещаться друг относительно друга (система течет). Течение происходит с низкой скоростью и межчастичные связи, разорванные в одном месте, успевают восстановиться в другом. Число связей – постоянно. Такое реологическое поведение структурированных систем с постоянной вязкостью называется ползучестью.

Р_к<P<Р_м – разрушение межчастичных связей не успевает компенсироваться их восстановлением, в результате чего происходит разрушение мостиков, которые связывают агрегаты частиц. В объеме остаются отдельные фрагменты структуры, агрегаты частиц. При повышении сдвиговых напряжений происходит разрушение фрагментов структуры. Размеры агрегатов уменьшается, происходит лавинообразное уменьшение эффективной вязкости.

Р> Р_м – при этом напряжении происходит разрушение всех элементов структуры. В системе остаются только индивидуальные частицы. Системы ведут себя как Ньютоновские жидкости. Вязкость – минимальная, определяется вязкостью дисперсионной среды, объемной концентрацией дисперсной фазы и формой частиц