Дисперсное (измельченное) состояние веществ является основным во многих областях естествознания, техники, технологии. Дисперсные материалы и их смеси, как правило, подвергаются различным механическим воздействиям различного назначения: смешению, прессованию, транспортированию по трубопроводам, дозированию, длительным статическим нагрузкам (грунты), большим импульсным нагрузкам п т. п. Поведение таких материалов под нагрузкой изучает реология дисперсных систем. Цель реологической науки заключается в том, чтобы, зная состав материала, можно было априори сказать, какими механическими свойствами он будет обладать, или в том, чтобы уметь «сконструировать» (создать) материал с заданными реологическими свойствами.
Монографическая литература по реологии дисперсных систем, которая отражала бы современное состояние этого вопроса, отсутствует. С другой стороны, и общие, установившиеся понятия реологии рассеяны по специальным монографиям или книгам, для изучения которых требуется основательная физико-математическая подготовка. Предлагаемая читателю книга не подразумевает специальной подготовки и может быть использована как при первом ознакомлении с реологией, так и при дальнейшей специализации в этой области. В ней даются основные понятия реологии и затем на базе простых моделей выводятся основные законы реологии, устанавливаются условия их применимости и связь реологических констант с другими свойствами дисперсных систем.
Книга содержит по преимуществу теоретический материал. Экспериментальные данные используются главным образом в обобщенном виде, т. с. в виде известных эмпирических за-
конов, для проверки теоретических выводов. Значительное место отведено таким новым областям реологии, как электро-и магнитореология. Читателю, которому поведение дисперсных систем в электрическом или магнитном поле покажется слишком частным вопросом, рекомендуется воспринимать соответствующие разделы книги как первоначальные этапы обоснования общих законов реологии дисперсных систем.
* * *
В настоящее время трудно дать такое определение предмета реологии, которое в равной мере отражало бы представления различных школ о задачах реологической науки и ее месте в ряду других областей знания. Это обусловлено исключительно широкой распространенностью и разнообразием явлений деформации, которыми занимается реология, а следовательно, и разнообразием областей науки и техники, изучающих процессы деформирования и претендующих на реологию как на «свою» область. Можно выделить, с известной долей условности, три направления, каждое из которых подчеркивает определенные аспекты учения о деформации: механику сплошной среды (МСС), механику полимеров и физико-химическую механику дисперсных систем (структур). Механика сплошной среды устанавливает наиболее общие законы деформации, вытекающие из универсальных принципов механики, геометрии, термодинамики и потому справедливые для любого материала. МСС стремится учесть все эффекты, вызванные деформированием, например такие, как изменение поля температур под влиянием деформирующего усилия, пьезоэффект, конечную скорость распространения деформации и т. д. Этот подход при изучении сложных композиционных материалов позволяет довести решение задачи до конца только при упрощающих представлениях о структуре материала, об уравнении его состояния.
Механика полимеров имеет дело с материалами, проявляющими одновременно свойства и твердого вещества, и жидкости. В процессе переработки в изделия полимерные материалы подвергаются сложной деформации и действию переменных температур, они обладают «памятью» о предшествовавшем состоянии и рядом других специфических свойств. Это приводит к необходимости использовать более общие понятия о механических свойствах материала, чем, например, понятия упругости, вязкости, прочности, которых часто бывает достаточно для характеристики простых сред (твердых, жидких, газообразных), и придает учению о де-4
.Ьопмации полимеров ту специфику, которая выделяет его в самостоятельную область механики деформируемой среды.
В физико-химической механике дисперсных систем ГФХМ) основные факты, подлежащие изучению и объяснению заключаются в том, что механические свойства дисперсной системы (ДС) в сильной мере зависят от малой (иногда неконтролируемой) разницы в составе ДС, от времени жизни системы, от способа ее приготовления, предыстории и т. д.
Дисперсные системы часто в большей степени, чем полимеры, невозможно однозначно отнести к твердым или жидким материалам. Если в механике полимеров доминирует задача о поведении материала с определенным набором реологических констант под влиянием сложного поля напряжений и температур, то в ФХД1 основная задача заключается в том, чтобы понять, почему данный материал является жидкостью, а не твердым телом, почему одна суспензия больше похожа на твердое тело (или жидкость), чем другая, и в какой мере. Такое смещение центра тяжести в сторону выяснения качественных закономерностей по сравнению с МСС отодвинуло на второй план задачу количественного теоретического анализа деформационных свойств дисперсных систем. Поэтому теоретические основы ФХМ носят по преимуществу качественный, описательный характер.
Реология изучает деформационные свойства материалов, т. е. является областью материаловедения.
Большинство реологических свойств материала можно установить (априорным путем или экспериментально), рассматривая его поведение при действии простейших деформирующих усилий, например простого сдвига.
В связи с этим в книге не рассматривается поведение материала в сложнонапряжениом состоянии. Это задача не реологии, а реодннамики — науки, близкой по духу к гидро- и аэродинамике, но имеющей дело не с простой (жидкость, газ) средой, а с реологически-сложной средой с заранее известными свойствами (скажем, пастообразной, полимером, битумом и т. д.). Задача реологии состоит в том, чтобы установить (предпочтительно априорным путем), чем в реологическом отношении окажется материал, если его приготовить по задуманному рецепту и технологии: твердым телом, жидкостью, пастой или чем-то иным — и какова будет мера (величины реологических констант) тех или иных свойств у этого материала. Иначе говоря, реология выясняет закон, которому подчиняется материал при действии на него простейшего деформирующего усилия, величины коэффициентов (реологических констант), входящих в аналитическую форму закона деформации, и их связь с составом дисперсной системы.
ОГЛАВЛЕНИЕ
74
Iff о
,мдаше....................... о
!ва I. Основные понятия реологии........... 7
io § 1. Условность деления материалов на твердые и жидкие — ^ § 2. Фундаментальные законы реологии и механические модели деформируемой среды.............. 8
§ 3. Вязкость и классификация текучих материалов .... 14
,ава II. Взаимодействие частиц и структура дисперсных систем 22 ( § 1. Поверхностные силы и явление структурообразования в
дисперсных системах ................ —
§ 2. Дипольное взаимодействие частиц......... 40
§ 3. Дипольное взаимодействие во вращающемся поле
(В-поле)..................... 47
§ 4. Взаимодействие слабомагнитных частиц....... 49
§ 5. Магнитные свойства частиц и структура дисперсных
ферромагнетиков .................. 51
§ 6. Структура и поляризуемость дисперсных систем ... 69 § 7. Структура и намагниченность дисперсных систем (экспериментальные данные)............... 79
ава III. Теоретические основы реологии дисперсных систем 90
§ 1. Модель Эйнштейна............... 91
§ 2. Вращательная вязкость............. 94
§ 3. Циркуляционная вязкость............ 96
§ 4. Вторая вязкость пены.............. 98
§ 5. Модель' Френкеля—Эйринга........... 101
§ 6. Цепочечная модель. Уравнение структурного состояния 112 § 7. Диссипация энергии и уравнение механического состояния ....................... 121
§ 8. Реологические свойства дисперсных систем с трехмерной структурной сеткой ............... 128
ава IV. Полная реологическая кривая тиксотропных систем 138
§ 1. Течение без разрушения структуры......... —
§ 2. Переход к бингамовскому течению и структура системы
в состоянии тиксотроппого равновесия ......... 140
§ 3. Вязкость полностью разрушенной структуры..... 143
ава V. Электро- и магнитореология........... 151
§ 1. Электро- и магнитореологические суспензии..... —
§ 2. Величина электро- и магнитореологического эффекта.
Крутящий момент во В-поле............. 152
ава VI. Элементы реометрии............. 156
<лючение..................... 167
азатель литературы.................. 168
Цена: 100руб.
