Реологічні властивості

реологія - Це вчення про плинність матеріалів. Плинність рідини вимірюється в`язкістю, плинність твердих речовин - ползучестью (Крип) і в`язкоеластичний.

Відео: 05. Арискин А.А. Реологічні властивості І ФАЗОВИЙ СКЛАД магми

в`язкість

Коли речовина тече під впливом прикладеної до нього навантаження (наприклад, сил гравітації), молекули або атоми починають контактувати з сусідніми атомами або молекулами. Таким чином, наші зв`язки можуть розпадатися і утворюватися знову, чинячи опір течією. Це опір течією і називається в`язкістю.

Для таких рідин, як вода, сили зв`язку між молекулами дуже малі і легко долаються, тому вода легко тече під впливом сил, які додаються ззовні, і в`язкість її невисока. У деяких інших рідин сили міжмолекулярної взаємодії будуть набагато вище. Зазвичай такі сили асоціюються з великими молекулами, наприклад, молекулами такого відомого речовини, як патока. Молекули в подібних речовинах можуть переплітатися між собою, що робить рідина дуже вузький.

Мал. 1.8.1. Зрушення шару рідини товщиною d, розташованого між двома твердими пластинами. Для руху верхньої рухомої пластини відносно нерухомої нижньої зі швидкістю V необхідно прикласти силу F для подолання опору даного шару рідини

Ці явища спостерігаються у полімерів з високою молекулярною масою.

Коли ми перемішуємо рідина, ми докладаємо зусиль, які створюють в рідині напруги зсуву, чим енергійніше перемішується рідина, тим вище швидкість зсуву. Ця ситуація графічно показана на Рис. 1.8.1. Напруга і швидкість зсуву визначаються співвідношеннями:

Напруга зсуву = r s = F / A

Швидкість зсуву = е = V / d

Існує ряд методів вимірювання напруги зсуву шляхом оцінки ряду швидкостей зсуву для даної рідини. За значеннями швидкостей зсуву, отриманим експериментальним шляхом, будують графік в координатах напруга зсуву - швидкість зсуву. Залежність між напругою і швидкістю зсуву для багатьох рідин є лінійної. На Рис. 1.8.2 представлена типова крива для такої рідини. Кут нахилу кривої дорівнює в`язкості, т), яка визначається за формулою: Т | = Напруга зсуву / швидкість зсуву. Одиницями виміру в`язкості є Паскаль секунди (Пах).

Речовини, для яких співвідношення між напругою і швидкістю при зсуві носить лінійний характер, мають один показник в`язкості для всього діапазону швидкостей зсуву, і виявляють «ньютонівські» властивості плинності. Однак лінійне співвідношення спостерігається далеко не у всіх матеріалів, деякі мають інші відмінні характеристики, представлені на Рис. 1.8.3.

Мал. 1.8.2. Залежність напруги зсуву від швидкості для ньютонівської рідини

Мал. 1.8.3. Графічне представлення реологічних властивостей ряду рідин

Рідини з пластичної характеристики не будуть текти, поки прикладена початкова напруга зсуву не досягне певної величини. Після цього протягом рідини буде відповідати ньютоновскому поведінки.

У ділатантні (розширюються) рідин при підвищенні швидкості зсуву буде збільшуватися в`язкість. Це означає, що чим швидше ми будемо перемішувати рідину, тим важче буде проводити цей процес. Плинність таких рідин неможливо характеризувати одним єдиним показником в`язкості.

Для деяких рідин збільшення швидкості зсуву не призводить до відповідного підвищення напруги зсуву. Це означає, що збільшення швидкості зсуву полегшує перемішування таких речовин, що відрізняє їх від «ньютоновских» або ділантатних рідин. Подібна поведінка рідини називають псевдопластичних, воно призводить до поширеного явища, званого «розрідженням речовини». Прикладом псевдопластичних речовини стоматологічного призначення є силіконовий відбитковою матеріал, який за рахунок розрідження при збільшенні швидкості зсуву буде значно легше випливати з шприца, ніж речовина, що не володіє псевдопластичні рідини.

Відео: Реологія крові, Остапова Марина

тиксотропія

До теперішнього моменту вважали, що якщо відомі значення напруги і швидкості зсуву в даний момент часу, то можна визначити в`язкість. Для деяких речовин при певній швидкості зсуву в`язкість буде змінюватися, і якщо побудувати графік в системі координат «напруга зсуву - швидкість зсуву», то можна побачити картину, представлену на Рис. 1.8.4.

Мал. 1.8.4. Характеристика тиксотропного поведінки рідин

У цьому випадку, в`язкість, яка спостерігається при підвищена шеніі швидкості зсуву, відрізняється від такої, при зниженні цієї швидкості. Подібне явище називається гістерезисом. У таких випадках в`язкість рідини залежить від попередніх деформацій, яким ця рідина раніше піддавалася.

Цей тип поведінки рідини спостерігається в тих випадках, коли в результаті перемішування в ній відбувся перерозподіл молекул, і при цьому молекулам не вистачило часу знову повернутися до свого нормального стану, що мав місце до перемішування. Таким чином, чим довше перемішувати рідину із заданою швидкістю зсуву, тим нижче буде напруга зсуву, тим менше буде в`язкість цієї рідини. Однак якщо рідина після перемішування залишити на якийсь час, молекули повернуться до свого нормального розподілу, і тоді весь процес можна буде проводити знову. Такий тип поведінки рідини називається тиксотропним. Прикладом тиксотропної рідини є барвники, які не стікають з пензля художника.

клінічне значення

Реологічні властивості матеріалів мають велике значення тому, що вони істотно визначають технологічні характеристики матеріалу.

в`язкоеластичний

Багато матеріалів за фізичними властивостями знаходяться десь посередині між в`язкою рідиною і пружним твердим тілом. Вважається, що у пружного твердого матеріалу співвідношення між напругою і деформацією не залежить від яких би то не було динамічних факторів, таких, як швидкість програми навантаження або швидкість деформації. Однак якщо матеріал навантажений протягом достатнього часу, в деяких твердих речовинах під впливом навантажень відбувається перерозподіл молекул, що призводить до зміни величини деформації матеріалу. Після зняття навантаження, матеріал не здатний відразу ж повернутися в початковий стан. Це означає, що поведінка матеріалу залежить від таких факторів, як «тривалість навантаження» і «величина додається навантаження».

Простим і ефективним способом наочного уявлення цих властивостей є використання моделі, заснованої на комбінації пружини і масляного амортизатора, що представляє собою пристрій для поглинання енергії удару. Пружина грає роль пружного елемента, а масляний амортизатор - вузького. Зміна деформації цієї моделі з часом представлено на Ріс.1.8.5. Для пружини додаток навантаження призведе до моментальної деформації, яка буде зберігатися протягом всього часу дії навантаження. Відразу ж після зняття навантаження пружина повернеться в початковий стан за рахунок сил пружності. Для масляного амортизатора, навпаки, додаток навантаження призведе до поступового наростання деформації протягом усього часу

дії навантаження. Після зняття навантаження деформація не зникне, і масляний амортизатор залишиться в новому положенні.

Мал. 1.8.5. Графічна характеристика пружного поведінки пружини і в`язкого масляного амортизатора

Відео: Реологія матеріалів. Вступ

При паралельному з`єднанні цих двох елементів можна отримати просту модель в`язкоеластичності. Реакція такої моделі на навантаження представлена на Рис. 1.8.6. У цій моделі масляний амортизатор перешкоджає різкій деформації пружної пружини. При цьому деформація масляного амортизатора поступово дозволяє пружині наближатися до бажаного стану деформування. При знятті навантаження, масляний амортизатор перешкоджає поверненню пружини в початковий стан, яке, врешті-решт, може бути досягнуто через певний час.

Мал. 1.8.6. В`язкоеластичний поведінку пружини і амортизатори, з`єднаних паралельно

В`язкоеластичний властивостями володіє група еластомерних відбиткових матеріалів. Крива в координатах «деформація-час» для еластомерів і відповідає їй модель, заснована на пружному, в`язкому і в`язкоеластичний елементах, представлена на Рис. 1.8.7. Для того, щоб уникнути надмірної постійної деформації цих матеріалів, їх не слід навантажувати довше покладеного часу. З цієї причини еластомірний відбитковою матеріал видаляють з порожнини рота коротким різким ривком. Чим швидше буде прикладена і знято навантаження, тим більш пружною буде реакція матеріалу.

Мал. 1.8.7. В`язкоеластичний модель реологического поведінки повністю отвержденного еластомерного оттискного матеріалу.

Навантаження, прикладена в момент to призводить до миттєвого розтягування пружини А, а деформація пружини D запізнюється через протидію амортизатора С. Через деякий час амортизатори С і В спрацьовують і призводять до подальшої деформації. У момент t1 навантаження знімається, пружина А миттєво повертається в початковий стан. Амортизатор З перешкоджає поверненню пружини D в початковий стан. Поступово до моменту t2 пружина повертається до своєї первісної довжині. Деяка величина залишкової деформації зберігається, так як поршень масляного амортизатора В не повернувся в своє початкове положення

клінічне значення

Деякі матеріали за своїми властивостями займають проміжне положення між рідиною і твердим тілом, що обумовлює їх схильність до деформації.

Основи стоматологічного матеріалознавства
Річард ван нурт