Введение к работе
Актуальность проблемы. Известно, что физическое представление о жидком состоянии вещества и, соответственно, теория жидкости значительно отстает по сравнению с теориями газов и Твердого тела. В этой связи исследования физических свойств жидкостей и накопление соответствующих данных имеет фундаментальное значение для развития представлений о природе жидкого состояния вещества. Одним из действенных методов исследования жидкого состояния вещества является изучение реакции жидкости на механические возмущения, например, на сдвиговое воздействие с определенной частотой. Согласно классическим теориям сдвиговая упругость жидкостей может быть обнаружена только при частотах 109 Гц и выше, сравнимых с частотой перескоков отдельных частиц жидкости. Обнаружение сдвиговой упругости в работах У.Б.Базарона, Б.В.Дерягина, А.В.Булгадаева при частотах сдвиговых колебаний порядка 105 Гц у жидкостей, независимо от их вязкости и полярности, показало, что существуют значительные пробелы в представлениях о жидкости. Исследования модуля сдвига от величины угла сдвиговой деформации показали, что сдвиговая упругость у жидкостей уменьшается с увеличением угла сдвиговой деформации. Аналогичным образом ведет себя и рассчитанная по реологической модели Максвелла вязкость. При малых углах сдвига (7'-12') существует область линейной упругости, подчиняющаяся закону Гука, которой может соответствовать особая структура жидкости, разрушающаяся с увеличением угла деформации. Очевидно, в жидкости имеется неизвестный низкочастотный вязкоупругий релаксационный процесс с периодом релаксации, намного превышающим время оседлого существования отдельных частиц жидкости. Было обнаружено, что тангенс угла механических потерь для всех исследованных жидкостей меньше единицы, что согласно реологической модели Максвелла означает, что частота релаксации этого процесса ниже частоты эксперимента. Поэтому для полного понимания механизма данного низкочастотного вязкоупругого релаксационного процесса важное значение имеет исследование сдвиговой упругости гомологического ряда жидкостей, что может позволить достигнуть частоты релаксации по мере изменения молекулярной массы. Актуальное значение имеет и исследование вязкости жидкостей в области линейной упругости.
Целью работы является исследование низкочастотных вязкоупругих
свойств гомологических рядов полимерных жидкостей
полимегилсилоксанов (ПМС) и полиэтилсилоксанов (ПЭС) и измерение вязкости жидкостей при предельно малых градиентах скорости течения.
Основные задачи, которые решались в диссертации:
-
Экспериментальное определение комплексного модуля сдвига гомологических рядов ПМС и ПЭС жидкостей при частоте сдвиговых колебаний 73 кГц.
-
Установление взаимосвязи комплексного модуля сдвига, длины цепочки полимера и степени усложнения структуры цепочки.
-
Разработка методики измерения вязкости жидкостей при предельно малых градиентах скорости течения.
-
Исследование аномальной вязкости жидкостей при малых градиеніах скорости течения.
-
Создание качественной модели, описывающей особенности вязкоупругого поведения ПМС и ПЭС жидкостей при низких частотах.
Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:
-
Резонансным методом измерены низкочастотный (73 кГц) комплексный модуль сдвига и тангенсы угла механических потерь ПМС и ПЭС жидкостей при малых углах сдвиговых деформаций.
-
Проведен анализ особенностей поведения полимерных жидкостей от степени удлинения и усложнения цепочек при сдвиговых колебаниях.
-
Разработана методика измерения вязкости, разработан и создан вискозиметр для жидкостей при предельно малых градиентах скорости течения.
-
Предложена качественная модель, описывающая вязкоупругое поведение ПМС и ПЭС жидкостей в условиях низкочастотных сдвиговых деформаций и малых градиентах скорости течения.
Практическая ценность.
-
Полученная информация о физико-механических характеристиках ПМС и ПЭС, широко использующихся в современной технике, помогут подобрать жидкости с оптимальными параметрами в качестве рабочих жидкостей в различных областях применения.
-
Обнаруженный эффект повышения вязкости при малых градиентах скорости течения жидкостей может быть полезен для объяснения процессов, где преобладают медленные течения, например, п грунтоведении, почвоведении, в процессах фильтрации жидкостей и
растворов через искусственные и естественные мембраны, пропитке и т.п., имеющих важное практическое приложение На защиту выносятся: » результаты жспериментальных исследований вязкоупругой релаксации жидких полимеров ПЭС и ПМС при малых углах сдвиговых деформаций с частотой порядка 73 Гц;
результаты исследования вязкости жидкостей и обнаруженное
явление повышенной вязкости жидкостей в состоянии, близком к
покою;
» установленные в ходе исследований закономерности изменения вязкоупругих характеристик жидкостей в зависимости от их строения;
качественная модель полимерной жидкости, позволяющая объяснить
ее поведение под действием механических возмущений;
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: X международной конференции "Поверхностные силы" (Москва, 1992); 3-ем научном семинаре СНГ "Акустика неоднородных сред" (Новосибирск 1994); 11 международном семинаре "Достижения в области гетерогенных сред'" (Москва, 1995); на VI сессии РАО "Акустика на пороге XXI века (Москва, 1997); на IV Всероссийской научно-технической конференции "Методы и средства измерения физических величин" (Нижний Новгород, 1999); на Байкальской молодежной школе по фундаментальной физике "Взаимодействие излучений и полей с веществом" (Иркутск, і 999г.); на региональном и городском семинаре "Исследования в области молекулярной физики" (Улан-Удэ, 1994, 1996); на ежегодных сессиях БИЕН СО РАН и ОФП БНЦ СО РАН, ВСГТУ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и 4 глав с выводами, заключения и списка литературы. Содержит 115 страниц текст, 25 рисунков, 6 таблиц. Список литературы состоит из 110 наименований.