Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ
СТРУКТУР00ЕРА30ВАНИЯ, УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПЕКТРО
СКОПИИ И РОТАВДОНЕОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ ДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМ 8
Структурообразование в коллоидных системах 8
Распространение ультразвуковых волн в дис -персных системах 20
Реологическое поведение золей в динамиче -
ских условиях 30
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 44
2.1. Выбор и характеристики объектов исследова -
ний 44
2.2. Методы исследований 46
Ультразвуковая спектроскопия 46
Ротационная вискозиметрия 53
Методы физико-химической механики, электронной микроскопии и светорассеяния 54
ГЛАВА 3. АКУСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСИЙ ГИДРАТИРОВАН-
НОГО И МЕТИЛИРОВАННОГО АЭРОСШОВ В ДИАПАЗОНЕ
ЧАСТОТ 10-1200 МГц 58
Исследование механизмов поглощения ультра -звуковых волн в гидрозолях аэросила 58
Изучение распространения ультразвуковых волн в дисперсиях на основе метилаэросила и парафиновых углеводородов 68
3.3. Применение ультразвуковой спектроскопии для
изучения микроструктуры алкозолей гидрати -
рованного и метилированного аэросилов 78
Выводы 93
ГЛАВА 4. РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ АЛКОЗОЛЕЙ АЭРОСША И
МЕТИЛАЭРОСИЛА В ДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ 94
4.1; Вязкостные свойства дисперсий на основе гид-
ратированного аэросила и спиртов 94
4.2, Изучение вязкости алкозолей метилаэросила в
диапазоне градиентов скоростей деформаций
I-I300 с"1 108
4.3. Влияние химической природы поверхности и по
лярности дисперсионной среды на микрострук -
туру аэросилсодержащих дисперсий и механизм
агрегации в них 117
Выводы 123
ГЛАВА 5. ОСНОВНЬШ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МЕХАНИЗМ СТРУКТУРО- .
ОБРАЗОВАНИЯ АЭРОСШСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНОГЕЛЕЙ 124
Образование пространственных рыхлых структур 124
Прочностные и упруго-пластично-вязкие свойства дисперсных систем на основе метилаэросила и спиртов 127
Механизм структурообразования аэросилсодер -жащих коагелей и новые взгляды на природу критической концентрации структурообразова -
ния /ККС/ в этих системах 131
Выводы 139
ГЛАВА 6. ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 140
ОБЩИЕ ВЫВОДИ 144
ЛИТЕРАТУРА 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 163
Введение к работе
Для решения основной задачи физико-химической механики - разработка научно обоснованных путей получения материалов с заданными механическими свойствами - необходимо глубокое изучение общих закономерностей и механизмов процессов структурообразования в дисперсных системах /1-3/. Поэтому большое значение приобретают работы,связанные с исследованием модельных коагелей на основе сферических частиц с их узким распределением по размерам и детально изученной химией поверхности. Для таких дисперсий становится возможным связать их микроструктуру с наблюдаемыми в эксперименте макроскопическими характеристиками рассматриваемых объектов. В этом отношении весьма подходящими для исследований являются системы на основе аэросила - высокодисперсного диоксида кремния. Важным является также их анализ и с практической точки зрения в связи с широким его использованием как наполнителя в лаках, смазках, цементах и т.д./4-6/.
В ряде работ /6-II/ методами физико-химической механики экспериментально исследованы процессы структурообразования и влияние полярности дисперсионной среды, а также химической природы поверхности кремнезема на структурно-механические параметры аэросилсодер-ж ащих дисперсных систем. В рамках теории протекания рассмотрены особенности образования их пространственного структурного каркаса /10-11/. Однако эти исследования, являясь по существу феноменологическими, проводились с гелями в узком концентрационном интервале содержания твердой фазы. Осталась без внимания область, в которой система является свободнодисперсной, хотя именно в ней начинает формироваться коагель.
Акустические и реологические исследования золей аэросила позволяют не только восполнить этот пробел, но и установить закономерности распространения в них ультразвуковых волн и течения различных
аэросилсодержащих дисперсий, а также на основе полученных результатов выяснить механизм построения структуры органогелей. Полученная информация дает возможность установить взаимосвязь между макропараметрами и микроструктурой, а также оптимизировать регулирование структурно-механических параметров дисперсных систем. Вышеизложенные соображения позволяют считать, что тема диссертации является актуальной.
Целье работы является исследование реологических и акустических свойств дисперсий гидратированного и метилированного аэро-силов; выяснение особенностей их микроструктуры; механизмов агрегации и структурообразования, а также изучение влияния полярности дисперсионной среды и химической природы поверхности твердой фазы на морфологические структуры изучаемых систем. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие основные задачи:
выяснение механизмов поглощения и скорости распространения ультразвуковых волн в аэросилсодержащих дисперсиях на основе воды, парафиновых углеводородов, алифатических спиртов в широком концентрационном интервале содержания твердой фазы и диапазоне частот 10-1200 МГц;
разработка модели, описывающей распространение ультразвуковых волн в коллоидных системах, структурной единицей в которых является агрегат, и на ее основе определены их размеры;
изучение реологических свойств алкозолей гидратированного и метилированного аэросилов в динамических условиях в зависимости от полярности дисперсионной среды, химической природы поверхности и содержания твердой фазы, и на основе анализа полученных результатов определение морфологических особенностей рассматриваемых объектов;
установление механизма структурообразования аэросилсодер-
жащих дисперсий;
- построение модели формирования пространственных рыхлых
каркасов.
В качестве основных методов решения поставленных задач использовались динамические и квазистатические реологические методы, а также ультразвуковая спектроскопия.
Новизна работы заключается в том,что впервые изучено распространение ультразвуковых волн в таком широком диапазоне частот. На основании комплексного исследования акустических и реологических свойств аэросилсодержащих дисперсий установлены микроструктурные особенности изучаемых систем в зависимости от взаимодействия между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Выяснен механизм агрегации и структурообразования в таких системах,и построена модель формирования рыхлых пространственных каркасов.
Практическая ценность диссертации заключается в том,что на основе полученных результатов выявлены пути регулирования загущающей способности высокодисперсных оксидов, и разработан способ создания стабильных гидросуспензий, защищенный авторским свидетельством.
Полученные результаты внедрены в авиационную промышленность с условным экономическим эффектом 100 тыс.рублей.
Автор выносит на защиту следующие положения:
основные закономерности распространения ультразвуковых волн в аэросилсодержащих дисперсиях и методику определения их микроструктуры по данным ультразвуковой спектроскопии;
результаты изучения реологического поведения и микроструктуры алкозолей аэросилов в зависимости от полярности спиртов,химической природы поверхности твердой фазы и ее концентрации;
механизм структурообразованжя аэросилсодержащих дисперсий;
модель образования пространственных рыхлых структур;
способ получения стабильной гидросуспензии.
