Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика, страница 15

При дальнейшем повышении Р отмечается днлатантное течение (замедленный рост у и повышение у1). Указанный характер дилатантного течения наблюдается у вы. сококонцентрированных стабализнрованных суспензий с определенньрм содержанием мелкой фракции. Кривыми 3 показано дилатанпное течение суспензий с условно устанавлнвающейся равновесной вязкостью.

У суспензий этого типа с ростом Р структурная у) сначала повышается резко н затем замедленно. Последнее видно по зависимости у — Р и у1 — Р, близкой к ньютоновской |в области больших Р. Этот реолопический тип соответствует как нестабилизированпым средпеконцеятрирозанны~м суопензиям, так и частично или полностью стабилизированным суспензням высокой концентрации.

Кривыми 5 показано течение суспензий с устапавливающейся скоростью днлатантного деформирования. При течении суспензий данного типа;при определенных Р достигается постоянная скорость деформации ур, не изменяющаяся при дальнейшем росте Р. Для суспензий, течение которых показано кривыми 5, структурная вязкость резко повышается при увеличении напряжения сдви~га и:при определенном его предельном значении Рсюй суспензия переходит из жидкообразноуо в твердообразное состояние с увеличением вязкости на несколько порядков.

В координатах у — Р кривая постепенно медленно поднимается до максимального значения (ущ„), а затем опускается вплоть до нулевого значения. Суспензии, поведение которых соответствует указанным кривым, названы дилатантными с переходом в твердо- образное состояние. Реологичвское поведение, показанное кривыми 5 и 5, отмечается у высококонцентрированных или предельноконцентриро~ванных стабилизированных суспензий. Поведение, соответствующее кривым 5, присуще более концентрированным суспензиям.

Если для дилатантных суспензий, описываемых кривымн 2, 3 и 5, после прекращения деформирования вязкость мгновенно уменьшается до исходной, то для систем, переходящих в твердообразное состояние (кривые 5), релаксация замедлена. В ряде случаев образовавшиеся системы ие переходят в состояние суспензии вообще. В качестве критерия для количественной оценки дилатансии предложено 174, 75] принимать прирост вязкости системы при десятикратном увеличении Р (с 65 до 650 дпн пмй). В этом интервале среди изученных дилатантных систем наблюдается наиболее резкий рост у). Таким образом, показатель днлатансии развея сй Ч = чща — тЪ. (27) Характер поведения суопензий, соответствующий кривым 4, назван тнксотропно-дилатантным 172 —,75]. Суспензии данного типа при относительно низких напряжениях сдвига (скоростях сдвига) ведут себя как тиксо-' тропные (с падением вязкости), а в дальнейшем после достижения минималыной вязкости г)ьь соответствующей 79 Рнь последняя существенно повышается, как у обычных дилатантных систем.

Указанному реологическому типу соответствуют или высококонцентрированные сравнительно тонкодиоперсные суспензии, или высоко- концентрированные крупнодисперсные, после их коагуляции. Тиксотропный характер течения (кривые 7) отмечаетоя у тонкодисперсных или коагулнрованных среднедиспер сных суспензий. Следует отметить, что дилатантные суспензии вплоть до самых высоких концентраций, как правило, не обнаруживают нредела текучести. Суспензии с тнксотропным ил~и тиксотропно-дилатантным характером поведения в зависимости от концентрации, дисперсности, степени коагуляции и ряда других факторов обнаруживают статический предел текучести Р»о величина которого не превышает 1Π— ЗО дии.см-', за исключением тиксотропных высококонцентрировзнных суспенэий, подвергнутых длительному старению.

При Р . Рй максимальная вязкость бесконечно велика (и» че)и не может быть измерена. Исходя из рассмотрения реолопнческих кривых (см. рис. 34), можно провести некоторые диаметрально противоположные аналогии в характере поведения тиксотропных и дилатантных дисперсных систем. Так, если тиксотропные (коагуляционные) системы обладают [140] наибольшей предельной ньютоновской вязкостью т)» при низких напряжениях сдвига, то дилатантные, напротив, при малых значениях Р находятся в состоянии с минимальной вязкостью ц,ь характеризуемом отсутствием «ужесточения» структуры, Еслн тиксотропные системы при росте Р выше некоторого значения Р переходят в состояние предельно разрушенной структуры, характеризуемое наименьшей постоянной вязкостью т), то дилатантные системы с ростом Р переходят в состояние максимального «ужесточения» структуры, характеризуемое условно устаиавливающейся равновесной вязкостью или переходом в твердообразное состояние.

Если значения структурной вязкости у- тиксотропных систем убывают с,ростом Р или у, то у дилатаптных, напротив возрастает. В связи с этикам было введено [74] понятие минимальная вязкость диоперсной системы т)иа». Под последним для тиксотропных систем принимается минимальная вязкость предельно разрушенной структуры т1, для 80 дилатантных — минимальная вязкость ца предельно неужесточепиой структуры, для тиксотропно-дилатантных — минимальная вязкость циь соответствующая переходу от тиксотропного к дилатантному течению т)и. Кроме того, для характеристики суспензнй с дилатантиым и тинсотропно-дилатантным течением были введены [74] новые понятия и соответствующие количественные характеристики, которые были рассмотрены выше: минимальная вязкость дилатантной системы»ъь, (кривая 2, рис. 23), равновесная скорость дилатантного деформироваиия ур (кривая 5), максимальная скорость дилатантпого деформнрования у „(кривая б), критическое напряжение сдвига Р.н» (кривая б) и напряжение сдвига, соответствующее переходу тиксотропного течения в дилатантиое Ры (кривая 4).

Влияние стабилизации и коагуляции ,Реологический характер поведения суопензий во многом определяется их стабилизацией (дефлоккуляцией)', ноагуляцией (флоккуляцией). Обычно считается [108 — 110], что дилатантные суспензии могут быть получены только при полной их стабилизации. Малейшая коагуляция приводит или к уменьшению, или исчезновению дилатансии и появлению тиксотропии. Для понижения дилатансии рекомендуется уменьшить устойчивость системы [124]. Принято считать [108 — 11О], что все факторы, способствующие образованию малого седимеитациониого объема, в равной мере способствуют образованию дилатантиых суспензий.

Считается также, что необходимым условием для проявления дилатансии суспензий является высокое значение их дзета-потенциала, Как было показано ранее, стабилизация свойсчн суспензий кварцевого стекла достигается посредством их механического перемешивания На рис. 24 приведены реологические кривые для суспензий кварцевого стекла, полученных одностадийным мокрым измельченном с различной продолжительностью стабилизации.

С увеличением продолжительности перемешивания отмечается понижение вязкости суспензий в области .малых Р и особенно существенное — в области больших Р. Если вязкость суспеизии 1 в области изученных значений Р возрастает только в два раза, то суспензии а — в четыре ра- 6! вп 087 18 ((87 Дпб ь 888 74 088».. 4)87 )г пп » 08 83 за. Абсолютный прирост вязкости в области изученных Р для этих суспензий составляет, соответственно, !0,5 и 62П, т. е. посредствам стабилизации достигается умень,шение их дилатансии. Указанная закономерность подтверждается также данными исследований на мобила- метре.

88 )пп мп гпп гш п мпп гпп) пппб асп с-г ППин гм-2 Р' Рдс. 24. Зависимость замости от скороств в лаирлжеввя сдввгз для сревмакмсмерсмой суспевзми кварцевого стекла (р — 1,08 г)см', С вЂ” 0,80) с Разлячвой мрсдолжвтельяостью стабилизацвм; 1 120 ч; г-г)4 ч; З Ь ч и гпп 0пп ппп ппп мпп )гпп дг РгФс. И.

Реологачожие оривые по давимы мобвломстра для сусдевавй иеарцевого стекла с разлвчиой орсдол- жательиостью стабилизацямг 7-170 ч; 2-Му ч; 8-04 ч; 4-б ч; 8 — ваджпаи, иестаби- лмзярозвииа я На рис. 26 показана зависимость скорости погружения штока ыобилометра от величины груза для среднедисперсной суспензни как исходной (кривая 5), так и с различной степенью ее стабилизации (кривые 1 — 4). Из кривых следует, что по мере роста степени стабилизации суспензни ее вязкость уменьшается (рост о при одинаковых Р) и кривые постепенно приближаются к прямой. Столь существенное отличие реологических кривых суспенаий обусловлено следующим. В процессе стабили- па) 888 ПП П 88 88 Вз вч Рис.

Ж Влвявие продолжительяоств стабялвзацвв суопеизвя кварцеюго стекла иа ее отаоситсльиую степекь комцдгтрацки (1), показатель дилатаксив (2), арктическую объемную кокцеитрацею трудовой базы [8) и плотяость отливка (4) вицин суспензий часть связанной воды переходит в свободную, увеличивая тем самым долю «кинетически свободной», которая и определяет текучесть системы.

В случае предельна концентрированных суспензий даже незначительное увеличение содержания дисперсионной среды приводит к резкому падению дилатансии [77,7Я. Сущность механизма явлений, протекающих прн стабилизации, хороша видна из рис.

26, где приведены зависимости относительной степени концентрации по показателя дилатансии Лт), предельно возможной степени объемного заполнения суспеизии твердой фазой С„,)1 и, что аналогично, пористости материала шликериой отливки от продолжительности стабилизации. В процессе стабилизации суспензии растет плотность упаковки массы при литье (уменьшается пористасть), что свидетельствует об у(меньшении количества «кннетически связанной» дисперсионной среды и увеличении ее «кинетически свободной» доли. Это в свою очередь вызывает увеличение показателя Сост(1 суспензии и соответственно уменьшение относительной степени ее концентрации пю Показатель же пе является основным фактором, влияющим па дилатансию, так как он одре. деляет объемную долю дисперсионной среды, участвующей в движении и обеспечивающей подвижность системы.