Изучение структурной вязкости

Как уже говорилось, образование внутренней структуры у лиофильных золей приводит к тому, что они начинают течь только при приложении определенного напряжения сдвига (давления). В общем виде характер зависимости вязкости от приложенного давления для этих систем показан на рисунке 5.5.

Здесь P ₀ соответствует предельному напряжению сдвига, при котором упругие деформации сменяются необратимыми остаточными – течением системы.

Таким образом, при Р < P ₀ течение отсутствует. При. увеличении давления от Р ₀ до Р ₁ происходит разрушение структуры системы, вязкость уменьшается и скорость течения возрастает - это область структурной вязкости. При давлениях больших Р ₁ коллоидная система подчиняется законам течения простых (ньютоновских) жидкостей, для которых характерна независимость вязкости от давления. Начиная с давления P ₂ вязкость возрастает, так как течение переходит из ламинарного в турбулентный режим.

В данной лабораторной работе исследуется зависимость вязкости структурированной системы от давления, поэтому вискозиметр Оствальда (рисунок 5.6)используют совместно со специальным устройством (маностатом) для создания дополнителъного внешнего давления.

 

Схема установки для измерения вязкости жидкости, вытекающей из капилляра под действием избыточного внешнего давления, показана на рисунке 5.6. Вискозиметр 1 через трехходовой кран 2 и кран 3 присоединен к U -образной трубке 4, оба колена которой заполнены до половины водой. Трубка 4является маностатом и снабжена отсчетным устройством.

В качестве объекта исследования может быть выбрана любая система, обладающая внутренней структурой, например, раствор карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в воде, раствор каучука в толуоле и др.

Раствор для исследования получают у лаборанта, Залив раствор в вискозиметр, приступают к опыту, соблюдая при этом следующий порядок работы:

1) определяют время истечения постоянного объема исследуемого раствора в отсутствие избыточного давления (Р =0).

Для этого устанавливают трехходовой кран 2 в положение С (рисунок 5.7), заполняют верхний шарик вискозиметра выше метки ^и аb ^и (кран 3 закрыт) и замеряют с помощью секундомера время истечения раствора от метки “ аb ” до метки “ cd ” (в секундах) (рисунок 5.6).

2) измеряют время истечения исследуемого раствора под избыточным давлением Р.

Вновь заполняют вискозиметр выше метки " аb ", переводят кран 2 в положение " В " и, открыв кран 3 с помощью насоса от пульверизатора, создают в маностате избыточное давление 100 мм водн. ст.; быстро закрывают кран 3 и посредством крана 2 (положение А) соединяют маностат с вискозиметром. Открыв кран 3, фиксируют время истечения объема раствора, заключенного между метками " аb " и " cd ".

Затем аналогичным образом определяют время истечения раствора при избыточном давления 200, 300, 400 мм водн. ст. и т.д.

Указанные операции повторяют вплоть до достижения давления 1000 мм водного столба. Желательно последующие определения проводить через равные промежутки времени, достаточные для вос­становления внутренней структуры раствора. Нельзя допускать пробулькивание (барботаж) воздуха через раствор! В случае пробулькивания раствор выдерживают в течение 15-20 мин и только после восстановления структуры проводят дальнейшие измерения.

Полученные при изучении структурной вязкости результаты заносят в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 – Зависимость структурной вязкости от давления

P, мм водн. ст.	(P + H), мм водн. ст.	, с	(P + H)×t, мм водн. ст. × с

 

По данным таблицы 5.1 строят график зависимости (P + H)×t от (P + H), характеризующий зависимость структурной вязкости исследуемого раствора от приложенного давления.

Примечание. Величина Н – эффективное гидростатическое давление, которое определяется как полусумма разностей уровней раствора КМЦ в коленах вискозиметра в начале и в конце опыта.

При написании отчета по данной работе обязательно указывают систему, которая исследовалась. При изучении влияния различных факторов на вязкость дают объяснение полученным результатам.

Полученные результаты следует представлять в графическом виде.

Лабораторная работа № 5.2