Пластическая вязкость. Уравнение Бингема

При приложении к структурированным системам – коацерватам, гелям со слабыми связями между элементами каркаса и т. п., - внешней механической нагрузки возможно разрушение каркаса. Это разрушение приводит к появлению текучести гелей и студней и может рассматриваться как составная часть тиксотропии, подробнее о которой будет сказано в п. 11.2.1.

При сравнительно малых равномерных нагрузках, когда время восстановления структурных элементов меньше времени их разрушения, иногда проявляется очень медленное вязкое течение - ползучесть. При ползучести в каждый данный момент времени лишь очень небольшая часть контактов между частицами разрушается, и сдвиг остальных гелеобразных масс проявляется в небольшой степени. Такое явление наблюдается, главным образом, в пастах и в гелях с непрочными связями между элементами структуры, например, в почвах, рыхлых грунтах и. т. п. При дальнейшем увеличении напряжения может в один момент разрушиться вся структура и в результате вязкость системы резко уменьшится. Течение таких систем осложняется турбулентностью, обусловленной присутствием обрывков первоначальной гелеобразной структуры, т. е. они являются неньютоновскими жидкостями.

Вязкое течение структурированных систем может быть описано уравнением Бингема, отличающимся от уравнения Ньютона наличием предела текучести q, - величины, характеризующей усилие, необходимое для пол­но­го разрушения пространственной структуры:

,

где F/S – напряжение сдвига, h ' - пластическая вязкость.

Пластическая вязкость в отличие от динамической отражает все виды взаимодействия, препятствующие ньютоновскому (ламинарному) течению. Дело в том, что в жидкости, возникающей после превышения предела текучести, кроме молекул растворителя имеются молекулы и/или ионы, а также крупные и мелкие фрагменты пространственной сетки, вносящие в искажение движущихся слоёв потока.

Разжижением почвенных и грунтовых гелей при превышении допустимой нагрузки объясняется, в частности, возникновение таких разрушительных явлений природы, как оползни и сели.

ГЛАВА 11

ГЕЛИ И СТУДНИ

Ранее (в п. 10.9) было описано застудневаниерастворов ВМВ. В его результате образуются студни, - структурированные системы полимер - растворитель, характеризующиеся отсутствием текучести. Студни могут возникать и при сильном набуханииполимеров. При коагуляционном структурообразованиив коллоидных системах (золях, суспензиях, пастах) образуются подобные структурированные системы - гели. Так как в образовании и в свойствах студней и гелей много общего, понятия «гелеобразование» и «застудневание» (желатинирование) обычно употребляют в качестве синонимов. Аналогичным образом часто считается, что «гели» и «студни» также представляют собой одни и те же системы, хотя между ними и имеются заметные различия.

Дата добавления: 2014-01-04