11/3Структурно – механические св-ва дисперсных систем. Понятие о деформациях, прочности, пластичности
В осн. рассмотрения структурно- механических свойств лежит представление о деформациях структуры.
Деформация – это изменение расстояния м/у 2-мя произвольно выбранными точками в теле под действием внешней нагрузки.
γ = (∆х/ х),
где ∆х – изменение расстояния м/у выбранными точками; х – исходный линейный размер тела.
К рсн. Видам деформации относят деформации растяжения, сдвига, сжатия, кручения и изгиба. Также различают упругую деформацию, кот. полностью исчезает при снятии нагрузки, пластическую, остающуюся после устранения нагрузки, и вязкоупругую (эффект медленно уменьшается при снятии нагрузки благодаря релаксационным процессам, кот. стремятся восстановить прежнее состояние тела.
Мех-м деформации связан с изменением взаимного расположения ч-ц, составляющих данное тело.
К осн. хар-кам стр-р относятся также прочность и напряжение сдвига Р = F/s, где F – сила вязкого сопротивления, s – площадь, на кот. распространяется действие этой силы.
Прочность – это способность материала сопротивляться внешним мех. воздействиям, не деформируясь необратимо. В общем, прочность опред-ся числом контактов χ м/у ч-ми, приходящихся на ед. их поверхности, и прочностью отдельного контакта рi, равного напряжению, кот. надо затратить для его разрыва, т.е:
Рс = χ рi.
Из этого следует, что прочность стр-ры должна возрастать с увеличением степени дисперсности системы, из кот. обр-ся стр-ра, т.к в этом случае увеличивается число контактов на ед. поверхности. Поэтому, чем больше жидкая прослойка м/у частицами, тем меньше прочность контакта и пластичнее стр-ра.
Пластичность – св-во тел развивать необратимые остаточные деформации. Пластичность стр-ры тесно связана с вязкостью системы под действием внеш. нагрузки. Структурированные системы обл. аномальной вязкостью, кот. опред-ся исключительно внеш воздействием. Хар-р измненения вязкости:
На графике видно, что максимальная вязкость сохр. в обл-ти 1, кот. соответствует ползучести – явлению, при кот. система не разрушается, но в ней наблюдается перемещение ч-ц о/но др. др. При больших нагрузках структурные сетки необратимо разрушаются (область 2) и тела текут, как свободнодисперсные жидкости (область 3).
Билет № 53: Аэрозоли, общая хар-ка. Дымы, туманы, смоги, порошки, пасты. Приготовление и разрушение.
Системы с газообразной дисперсирнной средой представляют обширный класс дисп. систем.
Аэрозоли- системы с газовой дисп. средой и тв. или жидкой подвижной дисп. фазой.
Аэрозоли объединяют седиментационно устойчивые дымы и туманы коллоидной степени дисперсности, а также седиментационно неустойчивые микрогетерогенные системы с газовой дисперсионной средой, включая пыль.
Специфические св-ва аэрозолей связаны с особенностями дисп. среды газа: её низкой вязкостью и малой электропроводностью. Малая вязкость дисп. среды способствует быстрой седиментации ч-ц и разрушению аэрозоля.
Аэрозоли хорошо рассеивают свет, поэтому измерения светорассеяния и поляризации рассеянного света исп-ся для определения размеров ч-ц и их распределения по размерам.
Характерная особенность ч-ц аэрозолей – наличие у них слабого заряда при отсутствии у них 2-го эл. слоя.
Классификация, способы получения и примеры аэрозолей и порошков:
Характеристика |
Способ получения |
Примеры |
Дым |
||
Седиментационно устойчивая 2-х фазная система т/г с ч-ми дисп. фазы коллоидной степени дисперсности |
Конденсация, хим. р-ии |
Продукты сгорания |
Порошки |
||
Седиментационно неустойчивая грубодисперсная 2-х фазная система т/г, м/у ч-ми кот. могут возникать силы аутогезии |
Диспергирование, осаждение дыма и пыли |
Сахар, специи |
Туманы |
||
Седиментационно неустойчивая 2-х фазная система ж/г с частицами дисп. фазы микрогетерогенной степени дисперсности |
Конденсация, диспергирование, распыление |
Бытовые и пищевые аэрозоли (спреи) |
Смоги |
||
Сед. устойчивая система ж+т/г с твёрдыми и жидкими ч-ми дисп. фазы переменой степени дисперсности |
Диспергирование, конденсация |
Городской смог |
.
Как видно из рисунка, седиментация для полидисперсной системы выражается прямой ОВ. График седиментации для полидисперсной сист. Представляет собой ломаную линию с числом отрезков, равным числу фракций. Кривая ОВСDE разделена касательными на 4 уч-ка, соответстветствующих выбранным промежуткам времени, необх. для полного осаждения различ. по дисперсности фракций: τmin, τ2, τ3, τmax. Полное осаждение крупной фракции достигается за время τmin и отвечает на графике линейному отрезку ОВ. Масса крупной фракции равна m1. Причина линейности уч-ка ОВ сост. в том, что сумм. масса осадка, накопленная за счёт оседания ч-ц всех размеров, пропорциональна времени.
Центрифугирование
Ц. позволяет, не вызывая серьёзных изменений в дисп. среде, значительно ускорить седиментацию ч-ц, кот. в гравитационном поле осаждаются оч. медленно.
В основе метода лежат положения, вытекающие из ур-я, описывающего скорость осаждения ч-ц дисп. фазы:
Sсед (20, В) = Sсед (эксп.) * ((1-Vρ (20, В))* η(T)* η) / ((1-V) *ρ(T)* η(20)* η0)
1) более массивные ч-цы долны двигаться быстрее
2) скорость движения ч-цы снижают увеличение плотности среды.
Поэтому осн. задача метода центрифугировния – оценка скорости движения ч-цы:
Sсед = 1/G (dr/dτ),
Где r – расстояние от ч-цы до центра вращения; τ – время осаждения;
G – центробежная сила.
Аппаратура и техника исполнения:
Исслед-ю дисп. систему заливают в спец. пробирки и центрифугируют с заданной скоростью вращения ротора, на кот. крепятся пробирки с образцом. Под действием центробежной силы ч-цы дисп. фазы осаждаются, в рез-те жидкость делится на 2 слоя – сверху чистый р-ль, снизу – мутная дисп система.
Сущ 2 осн. типа центрифуг: препаративные (для отделения и очистки дисп. фазы) и аналитические (для анализа р-ров полимеров).