книги из ГПНТБ / Пивинский, Ю. Е. Кварцевая керамика

Следует отметить, что степень точности приведенных уравнений определяется структурированностью суспен­ зий. Для суспензий с сильно выраженными дилатантны­ ми или тиксотропными свойствами разница между рас­

зависимость вязкости, определенной при различных сте­ пенях структурирования суспензий.

В качестве примера на рис. 32 показана зависимость

мации 0,5 с-1 соответствуют максимальные показатели г| (тиксотропное течение), 40 с-1 — минимальные значе­ ния ті (переход тиксотропного течения в дилатантное), 1150 ,с-> — повышенные значения о (дилатантное тече­

ние) .

Как следует из рис. 32, в области высоких значений рс между кривыми 1 л 2 наблюдается отличие показате­ лей вязкости примерно в 10 раз и только по мере умень­ шения рс кривые сближаются, что свидетельствует о падении аномальных свойств суспензий по мере умень-

91

Рис. 33. Зависимость скорости сдвига и вязкости от ла цряжання сдвига для среднеднслсір'сных суспензий ква®

цевого стекла (полученных оуслондировашием) с паз ленной концентрацией:

92

шения их плотности. Зависимость г| — рс свидетельству­ ет о том, что дилатантное течение для указанной сус­ пензии прекращается при рс -^1,96 г/см3, а тиксотроп­

ное — при р0 = 1,91 г/см3.

Исключительное влияние концентрация суспензий оказывает на их дилатансшо. Последняя определяется прежде всего показателем пѵ или С№„. На рис. 33 пред­ ставлены на работе [74] реологические кривые суспен­ зий кварцевого стекла с различными показателями С„

и пѵ. В области изученных напряжений сдвига вязкость суспензий возрастает іна несколько порядков, а скорость деформации только до определенных значений, зависи­ мых от Сѵ и пѵ суспензий. После этого, несмотря на уве­ личение Р, скорость деформации резко замедляется, что обусловлено исключительно резким ростом вязкости си­ стемы и ее переходом в твердообразное состояние. За­ висимость максимально достижимой скорости деформа­ ции суспензий от их С„ и пѵ показана на рис. 34. С уве­ личением степени концентрации уменьшается и величина

Р, при которой достигается ушахРеологическое поведение предельно концентрирован­

ной суспензии с зернистым наполнителем по данным, полученным на мобилометре, для двух значений Сѵ пока­ зано на рис. 35. Разница в значении Сѵ на 0,02 приводит

93

к резкому отличию реологических кривых. Если при С„= 0,84 отмечается тенденция перехода суспензий в твердообразное 'состояние (кривая 2), то при Сѵ = 0,82 достигаются значительно большие значения V, возра­

стающие е увеличением Р, и система приобретает равно­ весную скорость деформирования.

Реологические кривые ирупінодиспероных суспензий кварцевого стекла, полученных одностадийным методом

0,80о. Суспензия же с Сѵ = 0,78 по своему поведению

близка к ньютоновской, ее вязкость при увеличении Р с 65 до 2600 дин-см- 2 повышается только на 1,5 П. іМежду тем дли предыдущих суспензий SіОг, пелученных суспендированием, ярко выраженная дилатансия прояв­ лялась при значительно меньших значениях С„.

Указанная закономерность зависимости дилатансии от пѵ подтверждена [78] не только для суспензий квар­ цевого стекла, но и для суспензий синтетического и кристаллического SiC>2, AI2O3 (корунда). На р:ис. 3 7 пред­ ставлены обобщенные данные по зависимости дилатан­ сии этих суспензий от значений их Сѵ и пѵ. При этом в

94

ß зависимости от вида суспензии дилатансия прояв­ ляется в широком интервале значений Сѵ ют 0,55 до 0^85. Однако если рассматривать относительную степеінь их концентрации, то дилатансия начинает проявляться только при значениях превышающих 0,75. Для боль­ шинства же суспензий существенный рост дилатансни наблюдается в области пѵ, превышающей 0,85.

Рпс. 37. Зависимость показателя днлатанснн от объемного содержания твердой фазы, относительной степени концентрации н объемного со­

дом с насыщением)

Склонность к дилатантному течению в большой степени зависит от дисперсности, степени полидислерсности твердой фазы, формы зерен, степени стабилизации суспензии, технологии получения и других факторов. Это хорошо подтверждается данными по поведению двух .суспензий кварцевого стекла (кривые 2 и 5, рис. 37). Если у суспензии, соответствующей кривой 2, сущест­ венная дилатансия проявляется при значениях С„ и пѵ

95

отличие обусловлено различной технологией получения суспензий, дисперсностью твердой фазы и степенью стабилизации. Все факторы, способствующие увеличению

на рис. 37, показывает, что механизм дилатансии опре­ деляется недостаточным объемом кинетически свободной диоперсионной среды Сѵсги в процессе деформации суспензий. Процесс деформирования таких суспензий приводит к образованию непосредственных контактов и формированию структурной сетки, межчастичный объем которой 'больше исходного [77, 78].

Влияние дисперсности

Если у стабилизированных крупнодиоперсных или среднедисперсных суспензий отмечается дилатантный или ньютоновский характер течения, то с повышением степени дисперсности ниже определенной границы, их реологическое поведение существенно изменяется и на­

суспензии обусловлено, видимо, возрастанием сил сцеп­ ления частиц по мере повышения их дисперсности и частичной коагуляцией за счет меньшего значения pH.

Если дисперность находится в области между сред­ ним и высоким содержанием тонкой фракции и суспен­

В качестве примера на рис. 39 (кривая 1) показана зависимость т]—Р для высокоплотной суспензии с тик- сотропно-дилатантны'м характером поведения. Даже незначительное понижение ее концентрации приводит к

96

изменению общего характера течения и она становятся тиксотропной (кривая 2). Бели указанную суспензию подвергнуть продолжительному старению (хранению в покое при условиях, исключающих высыхание), то ее структура претерпевает существенные изменения. По­ следнее показано на рис. 40. Прежде всего, появляется

2 мкм расчетное значение расстояния между частицами уменьшается с 0,75 до 0,25 мкм. Уменьшение размера частиц соответственно увеличивает вероятность попада­ ния частиц в сферу взаимного притяжения (за счет сил ан-дер-Ваальса). Очевидно, что любое притяжение между частицами увеличивает вязкость суспензии осо­

бенно в области малых напряжений сдвига.

В работе [75] было изучено влияние зернистого на-

•1 За к. 522

97

Рис. 39. Зависимость вязкости от напряжения сдвига для тиксотропно-дилатантной суспензии кварцеваго стекла с ис­

ходной плотностью 1,99 г/см3 {/) и после разжижения до плотности 1,96 г/ом3 (2)

Рис. 40. Зависимость вязкости от напряжения сдвига суспензии кварцевого стекла с рс =1,96 г/см3, под­

вергнутой старению (60 г)

98

полнителя (0,315—0,5 мм) на реологические свойства суспензии кварцевого стекла (рис. 41). Исходные сус-

.пензии принимались с двумя значениями плотности 1,93 и 1,95 г/см3. Содержание зернистого наполнителя при этом находилось в пределах 19—39% по объему сус­ пензии и 23—44% по массе твердой фазы походной суспензии. Плотность суспензии составляла от 1,98 до 2,05 г/см3 (общее объемное содержание твердой фазы

82—87,5%, относительная влажность 6—9%). Как сле­ дует из кривых, добавка зернистой фракции приводит к существенному росту вязкости; при это-м реологический характер поведения іоуспензий не изменяется (они оста­ ются дилатантными). Видно, что даже небольшая разни­

ца в исходной .плотности суспензий приводит к резкому

уменьшению вязкости яри равном теля,

Влияние температуры

В работах [73, 74] показано, что температура оказы­ вает существенное влияние на реологические свойства суспензий кварцевого стекла. Особенно большое влия­ ние она оказывает на суспензии с дшіатантным харак­ тером течения, что видно на рис. 42, где показана зави­ симость г)—Р и р—Т для среднедиоперсной суспензии. Меньшей температуре соответствует как большее зна­ чение вязкости при минимальном Р, так и более резкий ее рост с увеличением напряжения сдвига. Это свиде-

Рис. 42. Влияние температуры на вязкость дилатантной суспензии кварцевого стекла (Ср —0,77, стабилизация — 0,24 ч):

тельствует об уменьшении дилатансии с ростом темпе­ ратуры-. При температуре около 80°С достигаются ми­ нимальные значения дилатансии, после чего она вновь возрастает. Для суспензий с более тонким зерновым со­ ставом температура минимальной дилатансии смещается

в область 70—75°С.

Характерно, что при значениях Р — 65 дни-см-2 на­ блюдается постепенное существенное уменьшение вяз­ кости суспензии вплоть до температуры 95°С, причем от­ ношение показателей вязкости при различных темпера­ турах близко к таковому для воды. Последнее свиде-

Н о о