Тиксотропные жидкости. Разрушение структуры при сдвиге

Тиксотропными называются материалы, консистен­ция которых зависит от продолжительности сдвига и величины скорости сдвига.

Если тиксотропный материал, находившийся в со­стоянии покоя, деформировать с постоянной скоростью сдвига, то его структура будет постепенно разрушаться, а кажущаяся вязкость снижаться со временем. Скорость разрушения структуры при определенной скорости сдви­га зависит от числа связей до начала разрушения структуры и должна поэтому уменьшаться с течением времени. (Это можно сравнить со скоростью химической реакции первого порядка). Одновременно будет также возрастать скорость восстановления структуры, так как число возможных новых связей увеличивается. В конце концов, когда скорости структурообразования и разрушения структуры станут равны друг другу, наступит динамическое равновесие. Состояние равновесия зависит от скорости сдвига и смещается в сторону более интенсивной деструкции при возрастании .

В качестве примера можно рассмотреть материал, заключенный в кольцевой полости ротационного соосноцилиндрического вискозиметра. После дли­тельного стояния материала (с целью его успокоения) один из цилиндров приводят во вращение с постоянным числом оборотов. Крутящий момент, переданный через материал другому цилиндру, будет тогда убывать во времени как показано на фиг. 4. Скорость убывания и конечное значение крутящего момента будут зависеть от скорости вращения, т. е. от скорости сдвига.

Тиксотропия является обратимым процессом, и после исчезновения возмущений жидкости ее структура постепенно восстанавливается.

Фиг. 5. Кривые течения тиксотропных материалов   1-восстановление структуры при длительном стоянии; 2-непосредственно после длительного сдвига (совпадает со случаем ньютоновской жидкости)

Фиг. 4. Поведение тиксотропного вещества В соосно-цилиндрическом вискозиметре   1-начало движения после длительного стояния; 2-обороты возрастают

Кривые течения тиксотропного материала, определенные непосредственно после приложения напряжения сдвига и в состоянии покоя для различных промежутков времени, отсчитываемого от на­чала сдвига, представлены на фиг. 5.

Такая особенность поведения приводит к своего рода гистерезисной петле кривой течения, если сначала на­нести значения напряжений для равномерно возрастающей скорости сдвига, а затем для равномерно убываю­щих значений . Это иллюстрируется фиг. 6, где кривые А и В построены для тиксотропных жидкостей ньютновского и псевдопластичного типов. Восходящая ветвь кривой течения может быть получена при воздействии постепенно нарастающего во времени напряжения сдвига.

Фиг. 6. Гистерезис петли тиксотропных жидкостей

Гистерезис исклю­чается при дальнейшем при­ложении сдвигового усилия до достижения равновесного состояния.Термин «псевдотело» ча­сто встречается при рассмо­трении тиксотропии. Он был введен Прайс-Джонсом, чтобы различить тиксотропию бингамовских пластич­ных жидкостей. Истинно тиксотропные материалы полностью разрушают свою структуру под воздействием больших напряжений сдвига и ведут себя подобно чистым жидкостям после снятия напряжений, пока не восстановится структура. Материалы типа псевдотела, с другой стороны, не теряют полностью свойств твёрдого тела и могут ещё проявлять текучесть, даже когда её эффекты невелики.

Фиг. 8. Изменение закрутки со временем для тиксторпных материалов (А) и псевдотела (Б)

Фиг. 7. Гистерезис петли тиксотропной жидкости и псевдотелп

Первоначальная величина предела текучести восстанавливается только после учительного стояния жидкости.

Гистерезисная петля кривой течения будет иметь форму, показанную на фиг. 7 для обоих типов жидкости. Эти режимы течения можно пояснить следующим опы­том. Рассмотрим жидкость в цилиндрическом сосуде, внутри которого соосно помещен другой цилиндр на за­крученном подвесе. Цилиндр вначале получает угловое смещение, возмущающее жидкость, и в этом положении задерживается. Затем после некоторого периода успо­коения жидкости цилиндр освобождают. Закрутка подвеса будет тогда изменяться со временем, как показано на фиг. 8 для двух типов ма­териала.

В веществах типа псевдотела наблюдается остаточ­ная закрутка подвеса, сви­детельствующая о том, что жидкость может оказывать постоянное сопротивление сдвигу непосредственно пос­ле ее возмущения,

т. е. Е жидкости сохраняется ко­нечная величина напряже­ния сдвига. Подлинно тиксотропные материалы будут показывать остаточную закрутку только по истечении некоторого промежутка времени после предваритель­ного успокоения до пуска цилиндра, в течение которого происходит восстановление структуры. Подобно этому материалы типа псевдотела также могут сохранять упру­гость. Это будет проявляться в возврате цилиндра в проведенных выше опытах.

Дата добавления: 2015-07-15