ChemNet
 
 Химический факультет МГУ

Книги сотрудников факультета

Кирсанов Е.А., Матвеенко В.Н. Вязкость и упругость структурированных жидкостейМосква: ТЕХНОСФЕРА, 2022. - 284 с. ISBN 978-5-94836-640-1 Кирсанов Е.А., Матвеенко В.Н.

Вязкость и упругость
структурированных жидкостей


Москва: ТЕХНОСФЕРА, 2022. - 284 с.
ISBN 978-5-94836-640-1 		Кирсанов Е.А., Матвеенко В.Н. Вязкость и упругость структурированных жидкостей

В книге предложено новое объяснение неньютоновского течения жидкостей, которые обладают внутренней структурой. К ним относятся суспензии, эмульсии, растворы и расплавы полимеров, мицеллярные растворы, жидкие кристаллы.

Представлена структурная реологическая модель, содержащая реологические уравнения для описания реологических кривых - главных характеристик равновесного сдвигового течения.

Рецензент: В.В. Назаров, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой коллоидной химии
Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие      3
   ВВЕДЕНИЕ      10
ГЛАВА 1. ВЯЗКОСТЬ, УПРУГОСТЬ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН   14
   1.1. Вязкость и упругость как физические явления      14
   1.2. Сдвиговое течение      17
   1.3. Реологические измерения      20
ГЛАВА 2. ОБЩАЯ КАРТИНА НЬЮТОНОВСКОГО ТЕЧЕНИЯ   24
   2.1. Сферические частицы в вязкой жидкости      24
   2.2. Гидродинамическое взаимодействие      27
ГЛАВА 3. ОБЩАЯ КАРТИНА НЕНЬЮТОНОВСКОГО ТЕЧЕНИЯ   31
   3.1. Кривые течения и кривые вязкости      31
   3.2. Реологические уравнения для дисперсных систем      33
   3.3. Предельное напряжение сдвига или предел текучести      37
   3.4. Структурное обоснование реологических моделей      38
   3.5. Причины возникновения структурыв суспензиях      42
   3.6. Характер движения частиц в суспензиях и вязкость      45
   3.7. Тиксотропные явления      47
   3.8. Концепции, описывающие течениедисперсных систем      49
   3.9. Растворы и расплавы полимеров как структурированные системы      50
   3.10. О проблеме неньютоновского течения      53
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНАЯ РЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТАЦИОНАРНОГО НЕНЬЮТОНОВСКОГО ТЕЧЕНИЯ   55
   4.1. Анализ оригинальной модели Кэссона      55
   4.2. Реологические уравнения модифицированной модели Кэссона      58
   4.3. От модельных цилиндров к реальным агрегатам      60
   4.4. Кинетические уравнения для структурированной системы      64
ГЛАВА 5. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ НЕНЬЮТОНОВСКОГО ТЕЧЕНИЯ   68
   5.1. Простое реологическое поведение      68
   5.2. Сравнение обобщённого уравнения теченияс известными реологическими уравнениями      70
   5.3. Сложное реологическое поведение      75
   5.4. Примеры сложного реологического поведения      77
   5.5. Описание полной реологической кривой      80
   5.6. Эволюция реологических уравнений      82
   5.7. Примеры аппроксимации реологических данных      87
   5.8. Обобщённые кривые теченияв приведённых координатах итемпературно-временная суперпозиция      91
ГЛАВА 6. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОБОБЩЁННОГО УРАВНЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ   94
   6.1. Коэффициенты обобщённого уравнения течения для суспензий      94
   6.2. Температурная зависимость коэффициентов ОУТ для суспензий      102
   6.3. Температурная зависимость коэффициентов ОУТ для расплавов полимеров. Построение обобщённыхкривых течения в приведённых координатах      107
ГЛАВА 7. НЕРАВНОВЕСНОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕЧЕНИЯ И ТИКСОТРОПНЫЕ СВОЙСТВА   111
   7.1. Неравновесное течение и тиксотропное поведение      111
   7.2. Гистерезис кривых течения      113
   7.3. Зависимость напряжения сдвига от времени      117
ГЛАВА 8. ВЯЗКОСТЬ И УПРУГОСТЬ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕМ СДВИГОВОМ ТЕЧЕНИИ   120
   8.1. Осциллирующее сдвиговое течение, потери энергии вязкого трения и накопление упругой энергии      120
   8.2. Использование реологических уравнений структурной модели для описания сдвиговых осцилляции      123
   8.3. Частотная зависимость динамических модулей на широком интервале измерений      127
   8.4. Механические элементы и механические модели      129
   8.5. Реологические кривые металлоценового полиэтилена HDB5      136
   8.6. Кинетические модели для интерпретации реологических уравнений      140
ГЛАВА 9. НОРМАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ТЕЧЕНИИ СТРУКТУРИРОВАННЫХ ЖИДКОСТЕЙ   143
   9.1. Первая разность нормальных напряжений      143
   9.2. Упругие свойства при стационарномтечении в рамках структурной модели      144
   9.3. Первая разность нормальных напряженийв различных структурированных системах      150
ГЛАВА 10. СДВИГОВОЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЕ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ ТЕЧЕНИИ   155
   10.1. Характеристики сдвигового затвердевания      155
   10.2. Структурно-кинетическая модель сдвигового затвердевания      156
ГЛАВА 11. РЕОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРОВ. ЗАВИСИМОСТЬ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ   172
   11.1. Реологические характеристики раствора полиизобутилена в органическом растворителе 2, 6, 10, 14-тетраметилпентадекан. Стационарное течение      172
   11.2. Реологические характеристики раствора полиизобутилена в органическом растворителе 2,6,10,14-тетраметилпентадекан. Осциллирующее течение      178
   11.3. Связь между коэффициентами реологических уравнений      186
ГЛАВА 12. РЕОЛОГИЯ ПОЛИМЕРНЫХ РАСПЛАВОВ   188
   12.1. Обобщённая модель течения и температурная зависимость вязкости расплавов полимеров      188
   12.2. Особенности интерпретации сложного реологического поведения      193
   12.3. Вязкоупругость расплавов изотактического полипропилена      195
   12.4. Реология расплава полидиметилсилоксана      203
ГЛАВА 13. РЕОЛОГИЯ СУСПЕНЗИЙ   214
   13.1. Уравнения структурной реологической модели применительно к течению суспензий      214
   13.2. Вязкоупругость водной суспензии полиуретана      216
   13.3. Реология суспензии твёрдых кремниевых сфер      219
   13.4. Суспензия латекса полибутилакрилат-стирол, стабилизированного смесью ионных и неионных поверхностно-активных веществ      223
   13.5. Водная суспензия полистиролового латекса      225
   13.6. Суспензия стеклянных сферв силиконовом масле      229
ГЛАВА 14. СДВИГОВОЕ РАССЛОЕНИЕ   231
   14.1. Сдвиговое расслоение при стационарном течении"червеобразных мицелл"      231
   14.2. Осциллирующее течение в растворе "червеобразных мицелл" и возможность сдвигового расслоения      241
   14.3. Осциллирующее течение в расплаве полистирола и возможность сдвигового расслоения      245
ГЛАВА 15. СРЫВ ТЕЧЕНИЯ   251
   15.1. Срыв течения в условиях стационарного течения      251
   15.2. Срыв течения в условиях осциллирующего течения      256
   ЗАКЛЮЧЕНИЕ      262
   ЛИТЕРАТУРА      264
   Публикации авторов по теме монографии      275

Предисловие

В этой книге представлен новый подход для описания неньютоновского течения различных структурированных жидкостей. Простые жидкости, подобные воде или бензину, имеют постоянную ньютоновскую вязкость, не зависящую от скорости течения. Суспензии, эмульсии, растворы и расплавы полимеров, мицеллярные растворы и жидкие кристаллы текут не по Ньютону, их вязкость зависит от скорости течения.

В отличие от большинства научных монографий, представ¬ленная работа не претендует на максимальный охват материала и демонстрацию достижений в области реологии или коллоидной химии. Её цель - показать возможности структурного подхода при описании неньютоновского течения как в условиях стационарного сдвигового течения, так и в условиях осциллирующего сдвигового течения (динамических измерений).

Представленная структурная реологическая модель объединяет в себе гидродинамические представления и кинетические уравнения разрыва и формирования структуры в структурированных жидкостях.

Предложенный структурный подход является альтернативой известным механическим моделям пружин и демпферов и моделям, использующим степенные уравнения с подгоночными показателями степени.

Кроме того, нашей целью является уменьшение количества используемых реологических уравнений до разумной величины. В книге представлены шесть реологических уравнений для разных режимов стационарного и осциллирующего течения, связанных с различным состоянием структуры исследуемого образца (исключая уравнения ньютоновского течения с постоянной сдвиговой или динамической вязкостью).

Полученные реологические уравнения описывают вязкость и силы упругости при стационарном течении, вязкие и упругие характеристики при сдвиговых колебаниях. Структурный подход является альтернативой классической теории вязкоупругости и связывает изменение вязкости с изменением структуры вещества. Коэффициенты полученных уравнений прямо связаны со структурой и физико-химическими свойствами структурированных систем.

Особое внимание уделено зависимости коэффициентов реологических уравнений от температуры и концентрации суспензии или раствора полимера.

Мы сознаем, что данный подход к реологии неньютоновских систем является непривычным для многих специалистов. Поэтому краткое описание реологических уравнений структурной модели специально повторяется в каждой главе, где эти уравнения используются для аппроксимации и объяснения экспериментальных данных.

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

Издание будет полезно специалистам, профессионально занимающимся реологией структурированных систем: полимерных материалов всех типов, пищевых продуктов, косметических и фармацевтических товаров, в технологиях их получения и переработки.


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