Лако-красочные материалы — производство

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:

Р — 8 = г)’ (du/dx)

Или

— Р = r‘ (du/dx) + 9 (X, 9)

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

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.