Механические свойства коллоидных структур

Ряд свойств коллоидных систем можно объяснить, если рассматривать их как твердые тела. Как правило такие свойства проявляют высококонцентрированные твердообразные гели и системы с конденсационно-кристаллизационной структурой. Но прежде вспомним о параметрах, характеризующих мехпнические свойства.

Уравнение Гука для упругой деформации тел: Р = Еe, Е = Р/e,

Напряжение прямо пропорционально деформации, коэффициент пропорциональности называется модулем упругости. Он характеризует жесткость каждого тела и его способность сохранять форму (кгс/см²). Это уравнение справедливо лишь при малых деформациях, так как при определенном критическом напряжении, называемом пределом упругости, тело теряет упругие свойства и сохраняет остаточные деформации. Величина модуля зависит от природы тел и температуры, если скорость приложения нагрузки одинаковая. Для жидкостей Е = 0.

Весьма характерной характеристикой является предельная обратимая деформация e_мак, достигаемая в быстро релаксирующих системах.

Период и время релаксации связаны с тем, что в результате теплового движения происходит спад напряжения во времени приложения нагрузки. Подобный процесс уменьшения напряжения во времени называется релаксацией. Из уравнений, описывающих деформацию релаксирующей системы наиболее простое уравнение Максвелла, dP/dt = E(de/dt) - (P/t’)

где t’ - константа, называемая временем релаксации. При постоянной деформации de/dt = 0, тогда следует: dP/dt + dP/dt = 0

Проинтегрировав уравнение, получим: Р = Р₀ е^-t/t’’

Т.о напряжение в деформированном теле убывает по экспоненциальному закону, а константа t’’ - характеризующая скорость релаксации, равна промежутку времени, в течении которого начальное напряжении уменьшится в е = 2,72 раз. Часть при деформировании реальных тел наряду с явлениями релаксации наблюдается так называемая запаздывающая упругость, т.е. не вся упругая деформация возникает мгновенно. Часть деформации развивается во времени.

Вернемся к рассмотрению коллоидных систем, проявляющих истинную упругость. К ним относят самые разнообразные структурированные системы, гели, концентрированные растворы мыл. Поведение этих тел при незначительных деформациях сходно с поведением идеально упругого тела. Однако при напряжениях, ведущих к разрушению пространственной сетки, эти системы способны течь как вязкие жидкости,

Очень часто при деформации этих тел рассмотренные выше явления накладываются друг на друга (рис). Под влиянием приложенного напряжения в момент t_i развивается мгновенная упругая деформация e_i. Этой деформации отвечает мгновенный модуль сдвига Е_i = Р/e_i. Затем система под действием силы начинает течь в результате необратимой перегруппировки структурных элементов. Одновременно в системе развивается запаздывающая упругость, дающая деформацию e₂ вследствие обратимой перегруппировки структурных элементов. Этой деформации отвечает мгновенный модуль сдвига Е₂ = Р/e₂. Все это приведет к тому, что кривая на рис будет асимптотически приближаться к прямой, соответствующей течению системы. Если в некоторый момент t₂ деформирующее уссилие будет устранено, упругая деформация e_i. исчезнет со скоростью звука. Далее постепенно исчезнет деформация e₂, а деформация e₃, обусловленная течением, останется как необратимая.

Дата добавления: 2014-01-07