Реологические исследования эмульсионных/суспензионных систем и полимерных гелей. Реологические модели. Типы вискозиметров, их классификация, принцип действия.

Последующие расчёты ведут на основе теории метода ротационной вискозиметрии.


На сегодняшний день больше всего распространены электроротационные вискозиметры: внутренний цилиндр, который погружен в вязкую среду, приводится во вращение электролвигателем. Вращающийся с постоянной скоростью ротор вискозиметра при погружении в расплав или жидкость встречает сопротивление равномерному вращательному движению, на валу двигателя появляется тормозящий момент, который прямо пропорционален вязкости среды, что вызывает соответствующее изменение электрических регистрируемых показателей двигателя.



Нужно отметить важную особенность ротационных вискозиметров: выполненный из термостойких материалов ротационный вискозиметр может представлять из себя высокотемпературный вискозиметр.
Ротационные вискозиметры используют для измерения вязкости сред при температурах от -60°C (масла) до +2000°C (расплавы силикатов и металлов) и позволяют вести измерения с погрешностью в пределах ±3-5%.
Капиллярные вискозиметры – принцип их работы заключается в определении времени, за которое установленный объем жидкости протекает через трубку при заданной величине давления. Обычно жидкость стекает под влиянием собственного веса, а вязкость определяют после расчета разницы давлений между вытекающей жидкостью через толстую трубку и вытекающей жидкостью через тонкую трубку. Больше всего распространенные модели капиллярных вискозиметров: ВПЖ-2, ВПЖ-1, ВПЖ-4, ВПЖ-3, ВНЖ и др.
Сущность опыта при определении вязкости заключается в измерении времени протекания известного объема жидкости при известном перепаде давлений на концах капилляра. Последующие расчёты ведут на основе закона Пуазейля.
Капиллярный вискозиметр за счёт простоты своего устройства и возможности получения точных значений вязкости нашёл обширное применение в вискозиметрии жидкостей (расплавов, масел). Несмотря на кажущуюся хрупкость тонких капилляров, многие капиллярные вискозиметры являются высокотемпературными вискозиметрами. Тем не менее, в случае, если температура вязкой жидкости является достаточно высокой, появляется сложность подбора материала вискозиметра, который может как изменить форму, так и вступить во взаимодействие с вязкой жидкостью, что отразится плохо на точности сведений измерения вязкости.
Относительная погрешность измерений при использовании капиллярного вискозиметра составляет около 0,1-2,5%.
Простейший капиллярный вискозиметр может быть изготовлен в домашних условиях.
Вискозиметр с падающим шариком – принцип его работы основывается на законе Стокса, а именно: вязкость жидкости определяется по времени, за которое шарик под влиянием своего веса проходит определенное расстояние. К такому виду вискозиметров можно отнести вискозиметр Гепплера.
Вибрационные вискозиметры – принцип его работы основывается на изменении резонансной частоты колебаний в зависимости от вязкости среды. Частота колебаний зависит от плотности изучаемой жидкости, соответственно, следует дополнительно измерить плотность. К такому виду вискозиметров принадлежат вискозиметры ВВН-8, SV-10А, Visconic.
Суть эксперимента заключается в определении изменений показателей вынужденных колебаний зонда вискозиметра при его погружении в вязкую среду. Руководствуясь теорией метода вибрационной вискозиметрии, по значением данных показателей определяется вязкость среды.
Вибрационый вискозиметр имеет значительно большую по сравнению с ротационными вискозиметрами чувствительность и может быть применён для сред температурой до 2000 °C в вакууме или инертной атмосфере при наличии как малых, так и сравнительно больших масс расплавов.
На сегодняшний день для измерения динамической вязкости обширное применение нашли вибрационные электронные вискозиметры, в которых зонд совершает вынужденные колебания под влиянием импульсов электромагнитного вибратора со встроенным датчиком амплитуды.
Высокотемпературные вибрационные вискозиметры с электронным дистанционным управлением можно использовать в условиях агрессивных сред.
Относительная погрешность измерений при использовании вибрационного вискозиметра составляет порядка ±0,5-1%. При работе с расплавами в интервале 700—1900 °C общая погрешность вискозиметра повышается и может составить около ±3-5%.







Заключение

Таким образом, подытожим следующее.
Исследование реальных сред со сложными показателями не обязательно относят к реологии: теория неньютоновской жидкостей, теория вязкопластичности и вязкоупругости, теория ползучести металлов при высоких температурах, механика природных процессов – это самостоятельные научные направления, с которыми связаны многие наиболее важные достижения как в сфере теории, так и в сфере практики – от медицины до космоса, от снежных лавин до дрейфа континентов.
Таким образом, в данной работе были исследованы основные реологические характеристики суспензий и эмульсий, рассмотрена классификация и область применения вискозиметра, а также охарактеризованы основные три реологические модели – модель Ньютона, модель Гука, модель Сен-Венана-Кулона.

Список использованных источников

Влияние различных технологических факторов на реологические характеристики альгинатных гелей / Л. С. Большакова, Е. В. Литвинова, Н. Д. Жмурина, Е. И. Бурцева // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 1-7.
Доня Д. В., Леонов А. А. Инженерная реология: учеб.пособие. Кемерово: КемТИПП, 2009. - 124 с.
Ляпунов Н. А., Воловик Н. В. Создание мягких лекарственных средств на различных основах: Исследование реологических свойств гелей, образованных карбомерами // Фармаком. 2001. № 2. С. 1-10.
Малкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения СПб.: Профессия, 2007. - 560 с.
Полимеры в косметике: реология, гелеобразование, и межмолекулярные взаимодействия / Под ред. С. А. Павлова. М.: Ро’КОЛОР, 2000. - 35 с.
Реологические свойства гидрогелей на основе полиакриламида / Т. В. Шевченко, Е. В. Ульрих, М. А. Яковченко, А. Н. Пирогов, О. Е. Смирнов // Коллоидный журнал. 2004. Т. 66, № 6. С. 840-843.
Реологические свойства композиций полимерного гидрогеля на основе полиакриловой кислоты и анионоактивных ПАВ / Ю. В. Матрунчик, Е. С. Воробьева, И. И. Басалыга, Н. П. Крутько // Вестник Национальной академии Беларуси. 2009. № 3. С. 23-27.
Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии / Под ред. В. Г. Куличихина. М.: КолосС, 2003. - 312 с.
Cross M.M. Relation between viscoelasticity and shear-thinning behaviour in liquids // Rheologica Acta. 1979. V. 18. P. 609-614.
Влияние различных технологических факторов на реологические характеристики альгинатных гелей / Л. С. Большакова, Е. В. Литвинова, Н. Д. Жмурина, Е. И. Бурцева // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. С. 1-7.
Cross M.M. Relation between viscoelasticity and shear-thinning behaviour in liquids // Rheologica Acta. 1979. V. 18. P. 609-614.
Реологические свойства гидрогелей на основе полиакриламида / Т. В. Шевченко, Е. В. Ульрих, М. А. Яковченко, А. Н. Пирогов, О. Е. Смирнов // Коллоидный журнал. 2004. Т. 66, № 6. С. 840-843.
Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии / Под ред. В. Г. Куличихина. М.: КолосС, 2003. - 312 с.
Доня Д. В., Леонов А. А. Инженерная реология: учеб.пособие. Кемерово: КемТИПП, 2009. - 124 с.
Малкин А. Я., Исаев А. И. Реология: концепции, методы, приложения СПб.: Профессия, 2007. - 560 с.
Полимеры в косметике: реология, гелеобразование, и межмолекулярные взаимодействия / Под ред. С. А. Павлова. М.: Ро’КОЛОР, 2000. - 35 с.
Ляпунов Н. А., Воловик Н. В. Создание мягких лекарственных средств на различных основах: Исследование реологических свойств гелей, образованных карбомерами // Фармаком. 2001. № 2. С. 1-10.
Реологические свойства композиций полимерного гидрогеля на основе полиакриловой кислоты и анионоактивных ПАВ / Ю. В. Матрунчик, Е. С. Воробьева, И. И. Басалыга, Н. П. Крутько // Вестник Национальной академии Беларуси. 2009. № 3. С. 23-27.














2




21