Реологические теории.
Существует достаточно большое количество различных реологических теорий.
Все теории можно условно разбить на 4 группы:
- теории Эйринга и его последователей;
- структурные теории;
- гидродинамические теории;
- другие (например те, которые частично относятся к каждой из перечисленных).
Теория Эйринга
Теория Г. Эйринга связывает явление
аномальной вязкости с влиянием
и
на высоту потенциального барьера,
препятствующего переходу
молекулярно-кинетических единиц из
одного равновесного положения в другое.
Эйринг представлял вязкую среду как совокупность молекулярно-кинетических единиц (МКЕ). МКЕ не имеют определенной формы и способны перемещаться в пространстве: перескакивать с места на место с определенной частотой. При этом МКЕ преодолевают потенциальный барьер.
По теории абсолютных скоростей, частота перескока пропорциональна экспоненте высоты потенциального барьера:
где
- частота перескоков в свободном
состоянии;
- высота потенциального барьера;
- абсолютная температура;
- константа Больцмана.
Если вероятность перехода МКЕ через энергетический барьер во всех направлениях одинакова, направление течения отсутствует.
Воздействие на систему внешней силы эквивалентно снижению склонов потенциального барьера в направлении его и увеличению в направлении от него (кривая пунктиром на рис. 9.4).
Рис. 9.4. Снижение потенциального барьера при воздействии на систему внешней силы.
На основе своих предположений Эйринг предложил следующую зависимость:
где – постоянная, обратно пропорциональная абсолютной температуре;
- знак гиперболического синуса.
Уравнением Эйринга, однако, нельзя описать реальные реологические кривые.
Недостатком этого уравнения является
отсутствие наименьшего значения вязкости
,
которое соответствует предельному
разрушению структуры.
Структурные теории.
Структурные теории вязкости рассматривают зависимость вязкости от режимов течения как процесс обратимого разрушения – восстановления надмолекулярной структуры полимера.
Разрушение и восстановление связывают с множеством различных процессов, происходящих при течении: перемещением слоев потока, вращением клубков макромолекул, разрушением и образованием новых межмолекулярных связей.
Структурные теории не имеют своих реологических уравнений. В них используются математические модели, основанные на теории Эйринга.
В структурных теориях определяют степень
разрушения структуры
,
или восстановления
:
,
,
где
– наибольшая ньютоновская вязкость;
- наименьшая ньютоновская вязкость.
Структурные теории позволяют объяснить ряд явлений, которые пока нельзя описать на основе других теорий, например, явление сдвигового повышения вязкости под влиянием напряжения сдвига (образование дополнительных связей под влиянием напряжения сдвига, ориентация движения макромолекул вдоль потока, благоприятное пространственное расположение макромолекул для формирования дополнительных связей).
Гидродинамические теории
Гидродинамические теории объясняют снижение вязкости изменением формы и соответственно сопротивления перемещению молекул в среде.
Гидродинамические теории рассматривают поведение каждой молекулы как независящее от остальных.
Основной гидродинамический эффект обусловлен трением между частицей и средой (растворителем). Интенсивность этого трения является пропорциональной скорости перемещения суспендированной частицы в жидкости. При деформации суспензий происходит ориентация частиц в потоке. Это изменяет условие обтекания частиц средой и вязкость системы.