ChemNet
 
 Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Кирсанов Е.А., Матвеенко В.Н. Неньютоновское течение дисперсных, полимерных <br>и жидкокристаллических систем. <br>Структурный подход Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 384с. ISBN 978-5-94836-459-9 Кирсанов Е.А., Матвеенко В.Н.

Неньютоновское течение дисперсных,
полимерных и жидкокристаллических систем

Структурный подход

Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 384с.
  ISBN 978-5-94836-459-9

В книге представлена структурная реологическая модель течения дисперсных и полимерных систем. Получено трёхпараметрическое реологическое уравнение, которое описывает ньютоновское и неньютоновское течение дисперсной системы. Пластичное или псевдопластичное поведение системы определяются значением одного из коэффициентов реологического уравнения. Показано место новой модели в ряду существующих моделей и теоретических подходов.

Объектами новой реологической модели являются суспензии частиц разной формы и размеров, находящихся в водных растворах и в органических жидкостях, эмульсии, мицеллярные растворы, растворы полимеров и лиотропные полимерные жидкие кристаллы. Модель также использована для описания стационарного течения некоторых расплавов полимеров и термотропных жидких кристаллов.

Предложен структурный подход для описания упругих свойств неньютоновских систем, а именно, первой разности нормальных напряжений и модулей вязкости и упругости при сдвиговых колебаниях.

Книга предназначена для научных работников в области коллоидной химии, реологии и физикохимии полимеров, специалистов в области физики и химии жидких кристаллов. Она может представлять интерес для аспирантов, студентов-химиков старших курсов. Монография может быть полезной для инженеров, занимающихся полимерными и композитными материалами, высокопарафинистой нефтью, тиксотропными красками и смазками.


Содержание

Предисловие      7
   Введение      9
Глава 1. Особенности неньютоновского течения   15
   1.1. Вязкость и упругость      15
   1.2. Сдвиговое течение      17
   1.3. Реологические измерения      19
   1.4. Сферические частицы в вязкой жидкости      22
   1.5. Кривые течения и кривые вязкости      26
   1.6. Реологические уравнения для дисперсных систем      27
   1.7. Предельное напряжение сдвига или предел текучести      31
   1.8. Структурное обоснование реологических моделей      32
   1.9. Структура суспензий и силы взаимодействия между частицами      37
   1.10. Зависимость вязкости суспензии от концентрации      43
   1.11. Полная реологическая кривая      46
   1.12. Явление тиксотропии      47
   1.13. Концепции течения дисперсных систем      50
   1.14. Растворы и расплавы полимеров      51
   1.15. Жидкокристаллические растворы полимеровсо стержнеобразными молекулами      53
   1.16. Течение термотропных жидких кристаллов      55
   1.17. Общие представления о течении дисперсий      56
   1.18. О проблеме неньютоновского течения      58
   Заключение      59
Глава 2. Структурная реологическая модель   60
   Принятые обозначения      60
   2.1. Анализ оригинальной модели Кэссона      61
   2.2. Обсуждение модели Кэссона      67
   2.3. Реологические уравнения модифицированной модели      69
   2.4. Уравнения течения с ограничениями осевого отношения      72
   2.5. От модельных цилиндров к реальным агрегатам      74
   2.6. Кинетические уравнения для структурированной системы      76
   2.7. Неравновесное течение. Гидродинамический подход      79
   2.8. Неравновесное течение. Кинетический подход      81
   2.9. Характер кривых течения при неравновесных условиях течения      84
   2.10. Заключение      85
Глава 3. Общие закономерности неньютоновского течения   86
   3.1. Простое реологическое поведение      86
   3.2. Сравнение обобщенного уравнения течения с известными реологическими уравнениями      88
   3.3. Сложное реологическое поведение      92
   3.4. Примеры сложного реологического поведения      93
   3.5. Описание полной реологической кривой      108
   3.6. Физический смысл коэффициентов обобщенного уравнения течения      112
   3.7. Бимодальная суспензия и физический смысл коэффициента ?      119
   3.8. Сдвиговое расслоение      123
   3.9. Срыв течения      130
   3.10. Экстраполяция реологических данных      132
   3.11. Границы существования неньютоновского течения      136
   Заключение      140
Глава 4. Неравновесное состояние течения и тиксотропные свойства   141
   4.1. Неравновесное течение и тиксотропное поведение      141
   4.2. Гистерезис кривых течения      143
   4.3. Зависимость напряжения сдвига от времени      146
   4.4. Незамкнутая петля гистерезиса кривых течения      149
   4.5. Типичные тиксотропные системы      150
   Заключение      155
Глава 5. Методы интерпретации реологических данных   156
   5.1. Эволюция реологических уравнений      156
   5.2. Примеры аппроксимации реологических данных      160
   5.3. Обобщенные кривые течения в приведенных координатахи температурно-временная суперпозиция      168
   5.4. Температурная зависимость коэффициентов ОУТ для расплавов полимеров. Построение обобщенных кривых течения      170
   5.5. Температурная зависимость коэффициентов ОУТ для суспензий      173
   5.6. Приведенные координаты различного вида      177
   5.7. Приближенная форма реологических уравнений      181
   5.8. Течение в цилиндрическом канале      187
   Заключение      191
Глава 6. Течение суспензий и эмульсий   192
   6.1. Пластизоли      192
   6.2. Угольная сажа в растворе полибутадиен — стирол      195
   6.3. Типографская краска      196
   6.4. Водные дисперсии гуминовых веществ      197
   6.5. Пищевые пасты      198
   6.6. Динамический и статический предельные напряжения сдвига      198
   6.7. Течение гидрофобного диоксида кремния в полиоле      201
   6.8. Стеклянные частицы в полибутане      202
   6.9. Течение суспензии частиц разной формы и размера      203
   6.10. Течение дисперсии полистиролового латекса с различным распределением частиц по размерам      206
   6.11. Суспензии различного происхождения      207
   6.12. Дисперсные системы с заряженными частицами      211
   6.13. Течение крови      213
   6.14. Течение полистиролового латекса в состоянии геля      220
   6.15. Суспензия коллоидного кремния в присутствии полиэтиленоксида      221
   6.16. Течение суспензий крупных волокон      223
   6.17. Течение суспензий углеродных нанотрубок      225
   6.18. Течение электрореологических жидкостей      228
   6.19. Течение эмульсий      234
   Заключение      240
Глава 7. Нефть и буровые растворы   241
   7.1. Особенности течения нефти      241
   7.2. Выбор реологического уравнения      243
   7.3. Гистерезис кривых течения      249
   7.4. Особенности течения медицинского вазелина      255
   7.5. Буровые растворы      257
   7.6. Заключение      261
Глава 8. Течение полимерных растворов и лиотропных жидких кристаллов   262
   8.1. От агрегатов частиц к ассоциатам макромолекул      262
   8.2. Течение водорастворимых производных целлюлозы      263
   8.3. Течение растворов синтетических полипептидов      266
   8.4. Течение лиотропных биополимеров      270
   8.5. Течение ароматических полиамидов      272
   8.6. Сравнение реологических характеристик растворов полимеровсо стержнеобразными молекулами и с гибкими молекулами      275
   8.7. Растворы полимеров с гибкими цепями      276
   8.8. Тиксотропные свойства лиотропных жидких кристаллов      279
   8.9. Особенности аппроксимации реологических кривых полимерных растворов      281
   Заключение      289
Глава 9. Течение расплавов полимеров и термотропных жидких кристаллов   290
   9.1. Обобщенная модель течения и температурная зависимостьвязкости расплавов полимеров      290
   9.2. Особенности интерпретации сложного реологического поведения      297
   9.3. Течение термотропных жидких кристаллов      299
   9.4. Заключение      304
Глава 10. Упругость и вязкость при стационарном течении   305
   10.1. Упругие свойства полимерных и дисперсных систем пристационарном течении. Первая разность нормальных напряжений      305
   10.2. Структурная модель упругости при стационарном течении      307
   10.3. Первая разность нормальных напряжений в полимерных растворах      309
   10.4. Первая разность нормальных напряжений в расплавах полимеров      317
   10.5. Первая разность нормальных напряжений при низких скоростях      323
   Заключение      327
Глава 11. Упругость и вязкость при сдвиговых колебаниях   328
   11.1. Феноменологическое описание сдвиговых колебаний      328
   11.2. Структурная реологическая модель для описания сдвиговых колебаний      330
   11.3. Аппроксимация экспериментальных кривых вязкостии упругости      332
   11.4. Реологическое поведение и реологические модели      337
   Заключение      351


ПРЕДИСЛОВИЕ

Эта книга — о том, как происходит течение сложных систем и как вязкость зависит от структуры. Жидкости, подобные воде или бензину, имеют постоянную ньютоновскую вязкость, не зависящую от скорости течения. Суспензии, эмульсии, растворы и расплавы полимеров текут не по законам Ньютона, их вязкость зависит от скорости течения.

Под действием внешних сил способны течь человеческая кровь, пигменты красителей в масле, цементные растворы и глина, минеральные и пищевые пасты, частицы полимеров в различных жидкостях, частицы наполнителя в полимерной матрице, суспензии угля и мела в воде, пластичные смазки и нефть. Течение полимерных растворов и жидкокристаллических систем исследуется в связи с широким применением этих систем при изготовлении композитных материалов и необходимостью совершенствовать жидкокристаллические си¬стемы отображения информации.

За сто с лишним лет существования коллоидной химии, реологии и физико-химии полимеров накопился огромный экспериментальный материал, опубликованы тысячи статей и сотни монографий. Что может добавить новая книга?

В отличие от большинства научных монографий представленная работа не претендует на максимальный охват материала и демонстрацию достижений в области реологии. Ее цель показать возможности структурного подхода при описании неньютоновского течения. Установление связи между структурой вещества и вязкостью позволяет с единой точки зрения описать дисперсные и полимерные системы. Получено простое реологическое уравнение, которое пригодно для описания сдвигового разжижения, когда вязкость уменьшается при увеличении скорости сдвига. Три коэффициента уравнения прямо связаны со структурными и физико-химическими характеристиками вещества. Таким образом, предполагается единый механизм неньютоновского течения разно¬образных дисперсных и полимерных систем.

Однако существует мнение, что общая модель неньютоновского течения не может существовать в принципе, поскольку различная физико-химическая природа дисперсных систем, растворов полимеров или жидких кристаллов обязательно приведет к разным механизмам течения. В то же время знание природы течения безусловно необходимо для контроля свойств и улучшения характе¬ристик практически важных дисперсных систем.

В первой главе книги изложены основные экспериментальные факты, понятия и концепции, касающиеся течения неньютоновских систем, в основном дисперсных систем с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.

Вторая глава книги содержит новую теорию течения структурированных систем, как в равновесных условиях течения, так и при некотором отклонении системы от равновесия. Теория базируется на оригинальной реологической модели Кэссона (1959 г.) и реологической модели Кросса (1965 г.), в которые нами внесены существенные изменения. В результате нами получено универсальное обобщенное уравнение течения, которое описывает как ньютоновское. так и неньютоновское поведение дисперсных систем, включая пластичное и псевдопластичное течение. Переход между видами течения зависит от нуле¬вого или ненулевого значения одного из трех коэффициентов реологического уравнения.

Последующие главы монографии посвящены проверке структурной реологической модели на примере различных дисперсных и полимерных систем.

Авторы надеются, что новый взгляд на реологические свойства суспензий, растворов полимеров, эмульсий и жидких кристаллов будет интересен специалистам в области реологии, коллоидной химии и физико-химической механики, химии и физики жидких кристаллов. Имея в виду интересы экспериментаторов, авторы старались максимально просто и ясно сформулировать положения теории, которая, в принципе, предназначена описывать любые структурированные системы, независимо от природы дисперсной фазы и дисперсионной среды. Монография также может быть полезна студентам и аспирантам, занимающимся проблемой неньютоновского течения.

Для инженеров и технологов обычно важны те характеристики, которые необходимы для контроля и управления свойствами дисперсий. Нужно сказать, что коэффициенты нового реологического уравнения позволяют разделить эффекты, связанные с движением агрегатов, и эффекты, связанные с движением отдельных частиц. Один из коэффициентов уравнения описывает возможность образования сплошной сетки-геля. Анализ реологических коэффициентов открывает новые возможности для управления свойствами различных композитных материалов, высокопарафинистой нефти, тиксотропных красящих материалов и других практически важных систем.

В книге используется международная система единиц измерения (СИ), за исключением особо оговоренных случаев. Публикации авторов по тематике монографии приводятся отдельно в конце книги.


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
 Написать письмо редактору