Коэффициент тиксотропности что это

Эта удивительная тиксотропность

Если вы когда-нибудь замешивали ведро раствора, то наверняка замечали, что пока его мешаешь, он жидкий и текучий. Но стоит только оставить его в покое на некоторое время, как он становится очень густым. Даже миксер в него уже не так-то просто погрузить. Если вывалить ведро раствора на пол, то он так и останется лежать горкой. Но если создать некоторое вибрирующее воздействие на эту кучку при помощи шпателя, то раствор охотно растекается и затекает даже в маленькие щели.

В общем, смысл понятен. В состоянии покоя тиксотропное вещество очень вязкое (иногда почти твердое), но в процессе встряхивания, разбалтывания, размешивания, перетекания и т.п., вещество резко разжижается и сохраняет свое жидкое и текучее состояние до тех пор, пока его опять не оставят в покое на какое-то время. На молекулярном уровне это объясняется непрочными межмолекулярными связями, которые легко разрушаются под воздействием внешней силы. Но как только эта сила исчезает, связи снова начинают восстанавливаться и вещество дубеет.

Для получения диоксида кремния в домашних условиях можно взять разбавленный водой канцелярский силикатный клей (который представляет собой не что иное, как раствор силиката натрия в воде) и плеснуть туда немного уксусной или лимонной кислоты. В результате реакции получается кремниевая кислота, тут же распадающаяся на воду и диоксид кремния, который и выпадает в осадок.

Именно двуоксись кремния является стабилизирующим компонентом обычных малярных и типографских красок, который придает им свойство прочно держаться даже на вертикальных поверхностях.

Промышленность выпускает эту добавку под торговым названием «Аэросил».

Другие известные вещества, обладающие тиксотропными свойствами: мед, майонез, желатиновые растворы, кетчуп (пробовали ли вы когда-нибудь вылить кетчуп из бутылочки? Вот-вот!), некоторые кремы для бритья, горчица и. все. Я больше не знаю, а вы?

Источник

Структурообразование в дисперсных системах. Коэффициент тиксотропии.

В дисперсных системах (золях, суспензиях и растворах ) самопроизвольно или в результате внешних воздействий происходит образование пространственных структур.

Образование и наличие в дисперсных системах тех или иных структур придает им своеобразные физико-механические свойства: прочность, упругость (эластичность), пластичность, вязкость. Эти свойства называют структурно-механическими или реологическими. Они во многом определяют эксплуатационные свойства буровых глинистых и цементных растворов и оказывают существенное влияние на характер течения нефти в пласте и эффективность её извлечения из недр. Изучение взаимосвязи между структурой и реологическими свойствами дисперсных систем, а также путей управления ими на различных этапах получения и эксплуатации занимается область науки, называемая физико-химической механикой.

Рассмотренные виды контактов определяют два класса структур коагуляционные и конденсационные (или конденсационно-кристаллизационные).

Коагуляционные структуры возникают в результате сцепления частиц через прослойки жидкости, либо при частичном вытеснении их, т.е. вследствие образования коагуляционных или атомных контактов. Для коагуляционных структур характерны специфические свойства, такие как тиксотропия (поэтому такие структуры часто называют коагуляционно-тиксотропнами), синерезис, набухание.

Синерезис (сопровождающееся ее сжатием и высвобождением части жидкости из структурной сетки. от греч. synairesis – сжатие, уменьшение) – постепенное упрочнение структуры

Тиксотропия (от греч. thixis – прикосновение и trope – поворот, изменение) – это способность системы восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием (перемешиванием, встряхиванием). Тиксотропное восстановление структуры обусловлено возобновлением контактов между частицами дисперсной фазы вследствие теплового движения частиц и подвижности среды. Тиксотропные среды характеризуются уменьшением вязкости во времени при постоянной скорости сдвига. Например, чтобы привести в движение по трубопроводу тиксотропную среду, насос первоначально должен потреблять большую мощность. Затем в результате постепенного разрушения структуры под действием напряжения сдвига и снижения вязкости потребляемая мощность насоса снижается. В результате продолжительного воздействия сдвиговых напряжений тиксотропный материал приобретает реологические свойства, не зависящие от времени. После прекращения воздействия в объеме неподвижного тиксотропного материала постепенно вновь образуется пространственная структура.

Коэффициент тиксотропии – отношение вязкости до механического разрушения к вязкости после механического разрушения.

Оптические свойства дисперсных систем

При пропускании света через дисперсную систему он может отражаться или рассеиваться частицами. Это зависит от соотношения длины волны и размеров частиц, на которые падает световой поток.

В грубодисперсных системах размер частиц больше длины волн видимого света (760-400 нм). Поэтому световые лучи не могут обойти эти частицы, отражаются от их поверхности и преломляются на границе раздела частиц со средой. Отражение света проявляется в мутности таких систем.

Если размеры частиц меньше половины длины волны света, то волны света, встречаясь с такими мелкими частицами, огибают их и рассеивают во всех направлениях. Следовательно, в истинных и коллоидных растворах видимый свет рассеивается, а в проходящем свете эти растворы прозрачны. В истинных растворах низкомолекулярных веществ светорассеивание ничтожно, так как растворенное вещество раздроблено до небольших молекул или ионов и нет препятствий для прохождения лучей видимого света. В коллоидных растворах рассеивание достигает наибольшей интенсивности. Коллоидная частица, рассеивая свет, сама при этом как бы становится источником света. Это свечение называется опалесценцией.

При освещении коллоидного раствора ярким световым пучком путь его виден при наблюдении сбоку в виде светового конуса (смотреть на рисунке снизу).
Этот эффект был впервые исследован Д. Тиндалем и назван его именем. Им пользуются для отличия коллоидных растворов от истинных.

Интенсивность рассеянного света определяется уравнением Дж.Рэлея:

,

Из уравнения следует, что интенсивность светорассеивания усиливается при увеличении концентрации частиц и их размера (но с диаметром не более 40-70 мм), коротковолновом облучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной фазы и дисперсной среды. На явлении рассеивания света коллоидными частицами основаны методы их исследования: ультрамикроскопия и нефелометрия, с помощью которых определяют размеры, форму и концентрацию частиц дисперсной фазы в коллоидно-дисперсных системах.

Дата добавления: 2019-07-15 ; просмотров: 419 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Влияние тиксотропии на буровые растворы

Если предельное статистическое напряжение сдвига изме­рить непосредственно после сдвигового воздействия и повторить эти измерения несколько раз через возрастающие по продолжи­тельности периоды покоя, то выяснится, что обычно измеряемые значения напряжения растут с уменьшающейся скоростью, пока не достигается максимальное значение. Такое поведение объяс­няется явлением тиксотропии. Этот термин был введен Фрейндлихом для обратимого изотермического превращения коллоид­ный золь—гель. Применительно к буровым растворам это явление вызывается медленной переориентацией глинистых пла­стинок в направлении с минимальной свободной поверхностной энергией, в результате чего уравновешиваются электростатические заряды на поверхности глинистых частиц. После определенного периода покоя тиксотропный буровой раствор начнет течь только в том случае, если приложенное напряжение превысит прочность геля. Иными словами, предель­ное статистическое напряжение сдвига становится равным пре­дельному динамическому напряжению сдвига τ₀. При постоян­ной скорости сдвига агрегаты глинистых пластинок постепенно перестраиваются в соответствии с преобладающими условиями сдвига, а эффективная вязкость со временем уменьшается до некоторого постоянного значения, при котором структурообра­зующие и структуроразрушающие силы находятся в состоянии равновесия. Если скорость сдвига повысится, со временем про­изойдет дополнительное снижение эффективной вязкости, пока не будет достигнуто равновесное значение, характерное для данной скорости сдвига.

Если после этого скорость сдвига понизится до первого значе­ния, эффективная вязкость начнет возрастать до равно­весного значения, соответ­ствующего этой первой скоро­сти сдвига. В связи с отмечен­ным явлением первоначальное определение тиксотропии было дополнено признаком обрати­мого изотермического измене­ния вязкости во времени при постоянной скорости сдвига.

Тиксотропию не следует смешивать с пластичностью. Как уже было показано, эф­фективная вязкость бингамовской вязкопластичной жидко­сти зависит от скорости сдви­га, так как структурная со­ставляющая эффективной вяз­кости образует уменьшаю­щуюся с увеличением скоро­сти деформации часть общего сопротивления сдвигу. Вяз­кость тиксотропной жидкости зависит от длительности воз­действия касательного напря­жения, а также от скорости сдвига, так как структурная вязкость изменяется во вре­мени в

соответствии со сдви­говой предысторией жидкости. По этой причине тиксотропные системы называют «жидкостями с памятью». Будет ли бингамовская вязкоплассичная

жидкость тиксотропной, зависит от со­става и электрохимических условий. Быстро выявить тиксотропность жидкости можно с помощью ротационного вискозиметра, снабженного координатным графопостроителем, путем повыше­ния, а затем снижения частоты вращения ротора. Если на диаг­рамме появляется петля гистерезиса, жидкость тиксотропна.

Явление, противоположное тиксотропии, называется реопексией. Вязкость реопектических жидкостей при постоянной ско­рости сдвига со временем возрастает. О явлении реопексии в буровых растворах пока сообщений не было.

Влияние тиксотропии на измеряемые реологические пара­метры буровых растворов впервые было исследовано Джоунзом и Бэбсоном. При постоянной скорости сдвига тиксотропных бу­ровых растворов в вискозиметре Макмайкла они наблюдали изменение вращающего момента во времени.

Рис.5.13Поведение глинистого раствора в ходе исследований с помощью вискозиметра Макмайкла при различной сдвиговой предыстории А ( частота вращения при которой достигалось равновесие ) и развиваемых частотах вращения В в эксперименте:1

1— равновесная эффективная вязкость. Мгновенная эффективная вяз­кость после предварительного сдвигового воздействия с до­стижением различных значений равновесной вязкости в мПа • с: 2 — 11; 3 — 11,4; 4 — 13,6; 5 — 22,4; 6 — 47,2; 7— 90,4

Результаты экспериментов, изложенные выше, показывают, что при определении параметров течения тиксотропных буро­вых растворов необходимо принимать во внимание сдвиговую предысторию сдвига. Например, при сравнении характеристик течения различных буровых растворов, последние должны быть подвергнуты предварительному сдвигу до состояния равновесия при стандартной скорости. Когда реологические параметры предполагается использовать для расчета перепада давления в скважине, в буровом растворе необходимо создать касатель­ные напряжения, соответствующие скорости сдвига, преобла­дающей в интересующей точке скважины.

Следует иметь в виду, что продолжительность сдвигового воздействия, необходимого для достижения состояния равнове­сия,может оказаться больше или меньше 1 ч, фигурировавшего в сообщении Джоунза и Бэбсона. Для предварительного сдвига буровых растворов, доставленных в лабораторию с буровой, с целью привести их в состояние, аналогичное существующему в скважине, может потребоваться длительный срок.

Слибар и Пэслей получили систему определяющих уравне­ний с пятью физическими параметрами, которую можно исполь­зовать для прогнозирования влияния сдвиговой предыстории на течение тиксотропных материалов. Они установили хорошее совпадение аналитических прогнозов с результатами экспери­ментов Джоунза и Бэбсона.

Высокое предельное статическое напряжение сдвига, кото­рое приобретают тиксотропные растворы после продолжитель­ных периодов покоя, создает еще одну трудность для инженера-буровика. Предельное статическое напряжения сдвига, приобретаемое раствором при длительном состоянии покоя, яв­ляется главным фактором, определяющим отрицательные и положительные импульсы давления, при спуско-подъемных операциях, а также давление, необходимое для восстановления циркуляции после смены долота. К сожалению, предельное статическое напряжение сдвига буровых растворов со временем изменяется в широких пределах в зависимости от состава, сте­пени флокуляции и т. д. и нет хорошо обоснованных методов прогнозирования этого напряжения после долгого хранения раствора. Единственный серьезный шаг в этом на­правлении был сделан Гаррисоном, который вывел следующее уравнение, наблюдая за скоростями структурирования раство­ров калифорнийских бентонитов:

S = S’kt/(l+kt), (5.30)

где S — предельное статическое напряжение сдвига для произ­вольного времени t; S’— максимальное статическое напряжение сдвига; k — константа скорости структурообразования. Уравне­ние можно записать в следующем виде:

Источник

Коэффициент тиксотропности что это

Понятие «тиксотропия» нельзя назвать повседневным. Это, скорее, что-то из области науки. Но, тем не менее, тиксотропия, как и многие другие сложнозвучащие явления, окружает нас повсюду. Первое (а иногда и последнее), что придёт на память – это краска, которая должна обладать достаточной тиксотропией, чтобы не стекать по стенам после нанесения. Ну и всё… пока.

Итак, тиксотропия, как мы уже знаем – это увеличение вязкости жидкости, не испытывающей механического воздействия. Строго говоря, это способность дисперсной системы (жидкость + измельчённая твердая фаза) восстанавливать предел текучести после прекращения механического воздействия. За сухим определением скрывается много интересного. Из определения видно, что тиксотропия – это не способность жидкости затвердевать, а скорее способность пластичных тел становиться жидкими.
Самые распространённые тиксотропные системы, встречающиеся в природе – это вода + глина.
Вы и сами можете провести несложный опыт – размешайте глину с водой 1:1 и вы получите массу, которая будет загустевать со временем, однако, после интенсивного перемешивания, снова станет такой же, как жидкая сметана. Дело в том, что частички глины в воде при превышении определённой концентрации начинают взаимодействовать между собой и образовывать связи. Связи эти непрочные и рвутся легко (перемешиванием или встряхиванием), но именно они и определяют возросшую вязкость системы.
Итак, чтобы сделать жидкость тиксотропной, в неё надо добавить так называемые «реологические добавки» – обычно это каолин или глина. Добавки вносят в те жидкости, которые должны быть густыми, но перегонять их по трубам или наносить на поверхность удобнее в жидком виде. Например, раствор бетона – это тоже тиксотропная система. Если бетономешалка не будет вращаться, то через пару часов начнётся «схватывание» бетона и чтобы её очистить надо будет поработать ломом. А вот когда мы этот бетон заливаем в фундамент – тут уж лучше, чтобы он был густым. Так же явление тиксотропии используется в типографиях и многих производствах.

Тиксотропия в природе

Есть определённые «оползнеопасные» пропорции воды, песка, земли и глины. При них получается наиболее опасная смесь – твёрдая поверхность, которая при вибрации наиболее сильно теряет вязкость. Геологи и мелиораторы знают толк в этом деле и могут спрогнозировать сейсмическую опасность того или иного участка земли, взяв несколько проб с разной глубины. И всё это с помощью измерения тиксотропии полученных проб.

Наверняка каждый читатель сам может вспомнить множество явлений, происходящих по такому же принципу, когда при вибрации что-то твёрдое вдруг течёт или густая паста при перемешивании становится жидкостью, просто не все знали имя этого явления…

Ответ на вопрос «А как же кетчуп?».
В повседневной жизни мы даже не задумываясь учитываем тиксотропные свойства кетчупа, встряхивая перед употреблением бутылочку с томатным соусом.

Источник

Тиксотропные смеси

С развитием строительной отрасли, развивается и лакокрасочная промышленность. Ученые-химики постоянно работают над изобретением новых лакокрасочных материалов с улучшенными свойствами. На рынке ЛКМ постоянно появляются новинки, благодаря которым открываются новые возможности в строительном и ремонтном деле. Так, относительно до недавнего времени все строительные и ремонтные работы велись только в определенных условиях влажности и в очень небольших температурных пределах. Однако, уже сегодня существует множество технологий и веществ, которые позволяют вести разного рода работы даже в условиях лютого холода или знойной жары. Это касается как лакокрасочных материалов, так и строительных. Например, бетон для заливки фундамента или плитки нельзя использовать, если температура воздуха снижается ниже определенного предела, так как это чревато тем, что вода, которую добавляют для приготовления раствора, может замерзнуть и бетон застынет не правильно, что в дальнейшем будет влиять на его качество, а также прочность конструкции. Однако, при добавлении некоторых химических материалов и использовании правильной технологии становится возможным применять бетон во время строительства при более низких температурах. Поэтому, современные дома могут возводиться круглый год, тем самым значительно сокращая сроки строительства и внутренней отделки.

Ниже представлено видео с наглядным примером как применяется тиксотропная смесь.