Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

ной петли гистерезиса при снятии прямой и обратной кривых течения в ротационном вискозиметре (фиг. 19). В. Л. Вальдман

мерой тиксотропии. rjmin является

называет отношение

0,02

ньютоновской вязкостью и дается углом наклона обратной прямой N=f(0)\ ?/max - аномальная вязкость, вычисленная на правом участке петли гистерезиса, при самых малых градиентах скорости. Описанный метод оценки тиксотропии представляет несомненный интерес, так как имеет отчетливый физический смысл и количественный характер. Однако нам кажется, что он должен быть дополнен показателем восстанавливаемости вязкости.

П. А. Ребиндер и его сотрудники [36, 37, 46, 47] характеризуют тиксо-тропию падением и нарастанием во времени предельного напряжения сдвига и других упруго-пластичных параметров систем. Очевидно, что если на оси ординат фиг. 14 отложить не деформацию, а сопротивление деформации, функцией которой она является, то кривая кинетики последействий нагрузки и разгрузки будет кривой тиксотропных превращений исследуемого объекта. Эта методика строго количественная и позволяет детально исследовать тиксо-тр опию упруг о-пластичных тел.

Процесс восстановления сопротивления сдвигу протекает благодаря действию внутренних сил и измерение этих сил имеет большое значение. К. С. Рамайя [52] ввел понятие о тиксотропной силе минеральных масел при низких температурах и предложил вискозиметрический метод для ее оценки. Развитие этого метода требует более четкой диференциации аномалии вязкости и тиксотропии.

Мащзка,Г

Фиг. 19. Петли гистерезиса, полученные измерением течения; вначале от малых нагрузок к большим, затем от больших к малым (по В. Л. Вальдман [50]).

а - Веретенное масло 2 4- су-перол (Eioo = 3,66) при -28"; б - авиационное масло МК (Ejoo =• 3,34) при -29«.

Тиксолабильность подобно тиксотропии впервые была обнаружена на некоторых гелях, которые при встряхивании разжижаются, но вторично самопроизвольно не застывают. А. И. Рабинерсон [54] наблюдал необратимое снижение вязкости золей. Это свойство было также обнаружено у некоторых нефтепродуктов (в частности, нами и К. С. Рамайя у минеральных масел при низких температурах и Г. В. Виноградовым у смазок). Но так как тиксолабильность часто объединяется

с тиксотропией, то трудно сказать, насколько велико ее практическое значение. Учитывая характер структурообразования парафинов в маслах (см. § 4), можно думать, что это свойство встречается достаточно часто, по крайней мере у минеральных масел при низких температурах и смазок, загущенных твердыми углеводородами.

Фрейндлих и Юлиусбургер назвали реопексией эффект понижения времени тиксотропного застудневания золя при медленном вращении жидкости. Вскоре было показано, что всякое медленное течение способствует застудневанию и повышению сопротивления деформации многих тиксотропных золей, в то время как быстрые деформации оказывают разжижающее действие. Па абсолютной величине этот эффект у охлажденных масел невелик (табл. I) и, вероятно, не играет заметной роли в применении нефтепродуктов, но он интересен для изучения природы сопротивления деформации дисперсных систем (см. § 4) и при вискозиметрии.

Таблица 1

Нарастание кажущейся вязкости во времени при медленном течении

масел на холоду [31]

Было замечено [55], что если в 43-45%-ную суспензию чистого кварца в воде медленно погрзать твердый шарик, то скорость его движения пропорциональна приложенной силе, т. е. система ведет себя как жидкость. С увеличением скорости сопротивление резко нарастает и становится независимым от деформирующей силы, что отвечает поведению твердого тела (фиг. 20). Этот эффект получил название дилатенции.

Дилатенция имеет место у нетиксотропных дисперсных систем в узком интервале высоких концентраций. Характерно, что силы взаимодействия частиц очень малы. Достаточно добавить к кварцевому песку немного соли, вызывающей коагуляцию, как дилатенция исчезает. Помимо кварцевого песка она была обнаружена у гелей кремнекислоты, 10%-ного раствора нафтената кальция в нефтяном дестиллате, суспензии канифоли в жидком парафине и некоторых других дисперсных системах.

Фрейндлих объясняет этот эффект следующим образом. При медленном погружении твердого тела в дилатентную систему частицы раздвигаются и не оказывают значительного сопротивления деформации. При быстром погружении они не успевают сдви-

нуться, создается местное повышение концентрации и плотность упаковки частиц, лежащих перед движущимся настолько возрастает, что дальнейшее его движение становится невозможным.

Как известно, многие битумы ведут себя как жидкости при медленных деформациях и как твердые, даже хрупкие, тела при быстрых деформациях. Является ли это проявлением ди-латенции или оно связано с другими явлениями - трудно решить без специальных исследований. Рааш1чие заключается в том, что концентрация твердых частиц в битумах намного ниже, чем у типичных дилатент-ных систем, а примеси не ока-

вскоре телом,

Фиг. 20. Зависимость скорости погружения твердого шара в дилатент-ные(кривая Иа и Иб) и недилатент-ные жидкости (кривая /) и твердые тела (кривая /) от его веса.

зывают такого большого влияния на эффект. Можно думать, что влияние скорости на деформацию битума связано не с твердыми, частицами, а с ассоциированными молекулами.

§ 4. Микрореология. Причины аномалии вязкости

и пластичности

1. Распределение скоростей н напряжений при деформации и течении. Законы, связывающие деформацию с напряжением, дают общее интегральное описание поведения тел под нагрузками. Они оставляют открытым вопрос об однородности деформации и распределении напряжений внутри тела и тем салшм не дают прямых данных о природе механических свойств тел. Для этой цели необходимо более детальное диференциальное исследование деформации. Даже у сравнительно простых нормальных жидкостей изучение распределения скоростей в потоке позволяет обнаружить переход от ламинарного течения к турбулентному, выявить причины отклонения от закона Ньютона и границы его применения (см. § I).

В реологической литературе учение о связи механических свойств сложного тела с его структурой и свойствами составных частей получило название микрореологии. Школа П. А. Ребиндера называет механические свойства дисперсных систем, связанные с их коллоидной структурой, структурно-механическими.

Диференциальные методы исследования деформации аморфных и коллоидных веществ начали развиваться только в самые последние годы.

Одна из первых работ в этой области была проведена М. П. Воларовичем и Д. М. Толстым [58]. Авторы ставили своей