welcome (Практикум 1), страница 17

Это обеспечивает достаточно медленноепротекание процессов гидратации и структурообразования.Механические свойства твердеющих суспензий характеризуются величинойпластической прочности Рm, измеряемой на коническом пластометре смикроконусом при постоянной глубине погружения. Определение временипротекания реакции гидратации полуводного гипса основано на исследованиитепловыделения, поскольку реакция гидратации является экзотермической:теплота гидратации составляет 19,1 кДж/моль.

С достаточной степеньюточности тепловыделение фиксируется по повышению температурытвердеющейсуспензииспомощьюадиабатическогоТкалориметра,соединенного с компьютером.Порядок выполнения работы:1.Включают компьютер.2. Готовят две порции сухой смеси состава, указанного в рабочемзадании. Смеси встряхивают в течение 5 мин.3. Первую порцию смеси помещают в фарфоровую чашку, наливают водув количестве, указанном в рабочем задании. Сразу включают секундомер.Перемешивают до образования нерасслаивающейся и начинающей слегказагустевать суспензии.

Режим перемешивания указан в рабочем задании.4.Черезопределенноевремяполовинусуспензиипереносятвкалориметр. Запускают программу записи данных ∆Т(t). Запись следуетзакончить (выключить компьютер) после того, как величина ΔТ останетсяпостоянной в течение 4-5 мин.5.Вторуюполовинусуспензиисоответствии с рабочим заданием.115продолжаютперемешиватьв6. Для измерения прочности суспензии на коническом пластометре(рис.

12.1) ее переносят в металлическую формочку. Формочку помещают налабораторные одночашечные весы, которые используют в качестве измерителясилы.Работа 12.2. Влияние ПАВ на механические свойства коагуляционныхструктур.Цель работы: влияние олеиновой кислоты на пластическую прочностьконцентрированнойсуспензиигидрофильногопорошкавнеполярнойдисперсионной среде.Для определения пластической прочности (Pм) структурированныхдисперсных систем используется конический пластометр (см. работу 12.1).Порядок выполнения работы:1.

Взвешивают требуемое количество указанного в рабочем заданиипорошка (m1) и помещают его в ступку.2. Постепенно из бюретки добавляют указанное количество минеральногомасла, тщательно перетирая смесь шпателем в течение не менее 5 мин.3. Полученную пасту плотно (без пустот) помещают в металлическуюформу для измерений, удаляя излишки пасты шпателем. Поверхность образцадолжна быть ровной.4. Измеряют силу F, необходимую для погружения конуса на глубинуh=0,5 см (см. работу 12.1).

Измерения повторяют 10 раз. Определяют среднеезначение F и заносят его в таблицу.5. Рассчитывают средний объем одной капли олеиновой кислоты. Дляэтого с помощью микрошприца определяют объем, содержащий известноеколичество капель.6. Переносят пасту в ступку, добавляют 1 каплю олеиновой кислоты.Тщательно перемешивают в течение 5 мин.7. Повторяют измерение F. Среднее значение заносят в таблицу.8. Измерения повторяют каждый раз после добавления к пастеопределенного количества олеиновой кислоты (2-х, 3-х, 4-х и 6-и капель) и116тщательного перемешивания в течение 5 мин.

Полученные средние значения Fзаносят в таблицу 1.Обработка полученных результатов.1. Рассчитать пластическую прочность Pm по уравнению (12.4) и занести втаблицу 1.2. Рассчитать число молей добавленной олеиновой кислоты (плотностьпри 20оС ρ=0,8906 г/см3, молекулярная масса 282,47 г/моль)Таблица 1.Число  капель  Объем Число  молей  F, г олеиновой олеиновой олеиновой кислоты кислоты, см3 кислоты N2     Pm, г/см2  3.

Построить зависимость Pm(N2). По графику определить количествоПАВ (N2*), приводящее к наиболее резкому понижению пластическойпрочности суспензии по сравнению с исходным значением.4. Рассчитать количество монослоев ПАВ (n) на поверхности частиц поуравнению: n =s1 N 2* N A, полагая, что в насыщенном монослое при вертикальнойm1S удориентации молекул ПАВ площадь, приходящаяся на молекулу, составляетs1≈0,23 нм2.

Удельная поверхность порошка Sуд указана в рабочем задании илиопределяется на основе седиментационного анализа.РАЗДЕЛ 13.РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.Реология – наука о связи напряжений, деформаций и скоростейдеформации в средах, как правило, проявляющих упругие и вязкие свойства.Наиболее распространенным видом деформации в реологии являетсясдвиг. Реологическое поведение систем описывают с помощью кривых течения,117отражающихвзаимосвязьмеждунапряжениемсдвигаискоростьюдеформации.Как правило, все варианты реологического поведения реальных веществ лежатмежду двумя экстремальными случаями: идеализированной вязкой жидкости иидеализированноготвердого(упругого)тела.Комбинация«вязкой»и«упругой» реакции системы на внешнее воздействие составляет вязкоупругоеповедение, которым обладает большинство дисперсных системИдеализированная жидкостьЖидкостьпритеченииоказываетсопротивлениенеобратимомуперемещению одного слоя относительно другого.

При постоянной температуресопротивление течению характеризуется отношением напряжения сдвига τ кскорости сдвига γ& , которое для идеализированной жидкости есть константа,называемая вязкостью η :η=τ/ γ& .(13.1)Единицей измерения вязкости является Па.с (Н.с/м2).Соотношение (13.1) является законом Ньютона, согласно которому «cила,действующаянажидкостьвплоскостисдвига,пропорциональнарезультирующей скорости течения». Сдвиговая вязкость «ньютоновскойжидкости» не зависит от напряжения сдвига и продолжительности егодействия. Для идеализированной жидкости кривая течения является прямой,исходящей из начала координат, а зависимость вязкости от скорости сдвига –прямой, параллельной оси абсцисс.Идеализированное упругое твердое телоПри приложении напряжения сдвига к упругому телу коэффициентомпропорциональности между действующим напряжением τ и возникающейдеформацией γ является модуль упругости при сдвиге G:τ = Gγ .118(13.2)Это выражение называется законом Гука.

Величина G отражает жесткостьматериала: чем выше модуль, тем жестче материал. Модуль упругостиизмеряется в Па.Механические свойства дисперсных систем в зависимости от энергиивзаимодействия между частицами дисперсной фазы могут изменяться вшироких пределах. Для реальных систем взаимосвязь между приложеннымнапряжением, деформацией и скоростью деформации может быть описанакомбинацией простейших моделей, характеризующих упругое, вязкое ипластическое поведение.Реологическое поведение свободнодисперсных системРеологическоеповедениеиндивидуальныхжидкостейисвободнодисперсных систем со сферическими частицами/каплями в широкойобласти скоростей сдвига описывается уравнением Ньютона (13.1).

В& τ) зависимость является прямой, исходящей из началакоординатах γ=f(координат, а вязкость является постоянной величиной, но вязкость дисперснойсистемы повышена по сравнению с вязкостью дисперсионной среды.Для систем, содержащих частицы анизометричной формы, вязкостьзависит от скорости деформации и снижается с повышением скорости сдвига.Такие системы называют неньютоновскими жидкостями.Реологическое поведение связнодисперсных системВ связнодисперсных системах между частицами дисперсной фазыобразуются контакты разной природы (коагуляционные или фазовые).Механические свойства связнодисперсных систем зависят от величиныприложенного напряжения.

Например, вязкость, как один из основныхпараметров, характеризующих механические свойства, может меняться нанесколько порядков. Кривая течения, как правило, не проходит через началокоординат, а отсекает на оси напряжений участок, называемый пределомтекучести τ* или предельным напряжением сдвига по Бингаму. Принапряжениях сдвига, меньших предела текучести τ<τ*, скорость деформацииравна нулю, система «не течет», а деформируется как упругое твердое тело.119Если τ>τ*, скорость деформации возрастает при увеличении τ и системапроявляет свойства жидкости. Значения предела текучести зависят от природыконтактов в дисперсной системе и могут меняться в пределах несколькихпорядков величины.Лабораторная работа к Разделу 13Работа 13.

Реологические свойства дисперсных систем и раствороввысокомолекулярных соединенийЦель работы: получить зависимости напряжения сдвига от скоростистационарного течения для ньютоновской жидкости, растворов ВМС исвязнодисперсной системы с коагуляционным типом контактов. Определитьреологические характеристики исследуемых систем (вязкость, эффективнуювязкость, предел текучести).Работу выполняют на ротационных вискозиметрах (по указаниюпреподавателя). В используемых в практикуме ротационных приборах рабочийузел состоит из двух коаксиальных цилиндров, один из которых неподвижен, авторой вращается с определенной скоростью. Поперечное сечение рабочегоузла схематически показано на рис.

13.1.Рис.13.1. Схема рабочего узла цилиндр–цилиндр (пояснения в тексте).120В ходе эксперимента определяют зависимость напряжения сдвига τ отскорости сдвига γ& в зазоре между цилиндрами. Для этого необходимоизмерить крутящий момент М как сопротивление испытуемой системыдеформационному воздействию. Измерение момента М обычно осуществляетсясилоизмерителем,вмонтированнымвваллибовращающегося,либонеподвижного цилиндра. В зазоре существует распределения напряжения τ(r),линейных скоростей v(r) и градиентов скорости γ& (r) . Поэтому обычноопределяют максимальное напряжение, которое реализуется на поверхностивращающегося (внутреннего) цилиндра: τ=M/(2πLRi2), где L – высотавнутреннего цилиндра, Ri – его радиус.Профили линейных скоростей и напряжений сдвига в зазоре одинаковы илинейны: максимальные величины реализуются на поверхности вращающегосяцилиндра и нулевые – на поверхности неподвижного цилиндра.