Тиксотропия
Тиксотропия зависящее от времени — это свойство разжижения, . Некоторые гели или жидкости, которые являются густыми или вязкими в статических условиях, будут течь со временем (становиться тоньше, менее вязкими) при встряхивании, взбалтывании, напряжении сдвига или ином напряжении ( вязкость, зависящая от времени ). Затем им требуется определенное время, чтобы вернуться в более вязкое состояние. [1] Некоторые неньютоновские псевдопластические жидкости демонстрируют зависящее от времени изменение вязкости ; чем дольше жидкость испытывает напряжение сдвига , тем ниже ее вязкость. Тиксотропная жидкость — это жидкость, которой требуется конечное время для достижения равновесной вязкости при резком изменении скорости сдвига. Некоторые тиксотропные жидкости почти мгновенно возвращаются в гелеобразное состояние, например кетчуп , и называются псевдопластическими жидкостями. Другие, такие как йогурт, требуют гораздо больше времени и могут стать почти твердыми. Многие гели и коллоиды являются тиксотропными материалами: в состоянии покоя они имеют стабильную форму, но при взбалтывании становятся жидкими. Тиксотропия возникает потому, что частицам или структурированным растворенным веществам требуется время для организации. [2]
Некоторые жидкости являются антитиксотропными: постоянное напряжение сдвига в течение некоторого времени вызывает увеличение вязкости или даже затвердевание. Жидкости, обладающие этим свойством, иногда называют реопектическими . Антитиксотропные жидкости менее хорошо документированы, чем тиксотропные жидкости. [2]
История
[ редактировать ]Многие источники тиксотропии основаны на исследованиях Бауэра и Коллинза как самого раннего источника происхождения. Позже, в 1923 году, другие исследователи начали экспериментировать с тиксотропией и затем начали сообщать, что многие гели состоят из водных Fe 2 O 3 дисперсий .
Эти исследователи: Мьюис и Барнс, Шалек и Сегвари, а также Х. Фрейндлих, затем узнали, что они могут превратить гель в жидкость, просто встряхнув его содержимое. То, что было изучено об этом материале, было обнаружено во многих других продуктах без ведома людей, производящих эти продукты. [3]
Естественные примеры
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2022 г. ) |
Некоторые глины тиксотропны, и их поведение имеет большое значение в строительной и геотехнической инженерии . Оползни , подобные тем, которые часто встречаются в скалах вокруг Лайм-Реджиса , Дорсета, а также во время катастрофы на отвале Аберфана в Уэльсе, являются свидетельством этого явления. Точно так же лахар — это масса земли, разжиженная в результате вулканического извержения, которая быстро затвердевает после остановки.
Буровые растворы, используемые в геотехнических целях, могут быть тиксотропными. Мед от медоносных пчел также может проявлять это свойство при определенных условиях (например, вересковый мед или мед манука ).
Как цитоплазма , так и основное вещество человеческого тела тиксотропны, как и сперма . [4]
Некоторые отложения глины, обнаруженные в процессе исследования пещер, демонстрируют тиксотропизм: изначально кажущаяся твердой илистая отмель становится жидкой и выделяет влагу, если ее выкопать или иным образом потревожить. Эти глины в прошлом отлагались потоками с низкой скоростью, которые имели тенденцию откладывать мелкозернистые осадки.
Тиксотропную жидкость лучше всего визуализировать с помощью лопасти весла, погруженной в ил. Давление на весло часто приводит к образованию высоковязкого (более твердого) тиксотропного раствора на стороне лопасти высокого давления и тиксотропного раствора низкой вязкости (очень жидкого) на стороне лопасти низкого давления. Поток лопасти весла со стороны высокого давления на сторону низкого давления неньютоновский. (т.е. скорость жидкости не линейно пропорциональна квадратному корню из перепада давления на лопасти весла).
Приложения
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2022 г. ) |
Многие виды красок и чернил, например пластизоли, используемые при шелкографии на текстиле, обладают тиксотропными свойствами. [5] Во многих случаях желательно, чтобы жидкость текла достаточно, чтобы образовать однородный слой, а затем сопротивляться дальнейшему течению, тем самым предотвращая провисание на вертикальной поверхности. Некоторые другие чернила, например те, которые используются в процессной печати типа CMYK , предназначены для еще более быстрого восстановления вязкости после нанесения, чтобы защитить структуру точек и обеспечить точную цветопередачу.
Существует несколько методов использования тиксотропии. Один из наиболее популярных способов - это использование двухфазной смеси для моделирования, которая позволяет смеси продолжать работу без добавления дополнительных уравнений, когда тиксотропия действует через свой собственный процесс на различных материалах. [6]
Тиксотропные чернила (наряду с газовым картриджем и специальной конструкцией срезающего шарика) являются ключевой особенностью ручки Fisher Space Pen , используемой для письма во время космических полетов в невесомости в рамках космических программ США и России.
Паяльные пасты, используемые в процессах печати при производстве электроники, являются тиксотропными.
Жидкость для фиксации резьбы представляет собой тиксотропный клей, отверждающийся анаэробно.
Тиксотропия была предложена в качестве научного объяснения чудес разжижения крови , таких как чудеса святого Януария в Неаполе . [7]
В процессах полутвердого литья, таких как тиксоформование, используются тиксотропные свойства некоторых сплавов (в основном легких металлов, таких как магний). В определенных температурных диапазонах и при соответствующей подготовке сплав можно перевести в полутвердое состояние, которое можно впрыскивать с меньшей усадкой и лучшими общими свойствами, чем при обычном литье под давлением .
Колючий кремнезем обычно используется в качестве реологического агента, чтобы сделать жидкости с низкой вязкостью тиксотропными. Примеры варьируются от пищевых продуктов до эпоксидной смолы в области структурного склеивания, например, угловых соединений .
Использование сегодня
[ редактировать ]Тиксотропия оказалась полезной во многих отношениях с цементным тестом. Тиксотропия позволяет разрушать цемент таким образом, что пользователь может медленно и контролируемо наносить пасту, чтобы затем она могла затвердеть и высохнуть. [8]
Тиксотропность также используется в буровых растворах из-за их реологического состава. Однако это связано с гидравликой бурения и с тем, как тиксотропия влияет на процесс гидравлики. [9]
Негативные эффекты
[ редактировать ]Хотя было замечено, что тиксотропия приносит пользу в областях, связанных с глиной и цементом, этот материал также имеет множество вредных последствий. Чтобы попытаться предотвратить разрушение устойчивости бетона из-за тиксотропии, стали использовать кататонический полимер, чтобы противодействовать тиксотропии, однако этот агент необходим для того, чтобы обеспечить смешивание глины и вяжущего материала. [10] В настоящее время не существует настоящего способа противодействовать эффекту тиксотропии, одновременно позволяя ему разрушать материалы цемента и глины.
Этимология
[ редактировать ]Слово происходит от древнегреческого θίξις thixis «прикосновение» ( отthinganein «прикасаться») и -tropy , -tropous , от древнегреческого -τρόπος -tropos «поворот», от τρόπος tropos «поворот», от τρέπειν trepein , 'повернуться'. Следовательно, его можно перевести как нечто, что поворачивается (или меняется) при прикосновении. Первоначально он был изобретен Гербертом Фрейндлихом для золь-гель -преобразования. [11]
См. также
[ редактировать ]- Бингам пластик
- Сульфат кальция
- Эффект Кея
- Наноцеллюлоза
- Полимер
- Глупая шпаклевка
- Зависящая от времени вязкость
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Моррисон, Ян (2003). «Дисперсии». Энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера . дои : 10.1002/0471238961.0409191613151818.a01 . ISBN 978-0471238966 .
- ^ Jump up to: а б Мьюис, Дж; Вагнер, Нью-Джерси (2009). «Тиксотропия». Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 147–148: 214–227. дои : 10.1016/j.cis.2008.09.005 . ПМИД 19012872 .
- ^ Мьюис, Ян; Вагнер, Норман Дж. (март 2009 г.). «Тиксотропия» . Достижения в области коллоидной и интерфейсной науки . 147–148: 214–227. дои : 10.1016/j.cis.2008.09.005 . ПМИД 19012872 .
- ^ Хендриксон, Т.: «Массаж при ортопедических заболеваниях», стр. 9. Липпинкотт Уильямс и Уилкинс, 2003.
- ^ Кёлер, Клаус; Симмендингер, Питер; Роэль, Вольфганг; Шольц, Вильфрид; Валет, Андреас; Слонго, Марио (2010). «Краски и покрытия, 4. Пигменты, наполнители и добавки». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.o18_o03 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Вэнь, Пэнпэн; Фэн, Чжунцзюнь; Чжэн, Байкунь (август 2023 г.). «Тиксотропия свежих цементных паст в присутствии катионного полимера» . Строительство и строительные материалы . 394 : 132302. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2023.132302 .
- ^ Гарлашелли, Л; Рамаччини, Ф; Делла Скала, С (1994). «Кровь святого Януария» . Химия в Британии . 30 (2): 123.
- ^ Охеда-Фариас, О.; Хебро, П.; Лутенс, Д.; Лиард, М.; Мендоса-Рангель, ЖМ (июль 2019 г.). «Тиксотропия реактивных суспензий: пример вяжущих материалов» . Строительство и строительные материалы . 212 : 121–129. дои : 10.1016/j.conbuildmat.2019.03.319 .
- ^ Гульраиз, Шираз; Грей, Кентукки (декабрь 2020 г.). «Влияние тиксотропии на буровую гидравлику» . Журнал науки и техники о природном газе . 84 : 103653. Бибкод : 2020JNGSE..8403653G . дои : 10.1016/j.jngse.2020.103653 .
- ^ Вэнь, Пэнпэн; Фэн, Чжунцзюнь; Чжэн, Байкунь (август 2023 г.). «Тиксотропия свежих цементных паст в присутствии катионного полимера» . Строительство и строительные материалы . 394 : 132302. doi : 10.1016/j.conbuildmat.2023.132302 .
- ^ Райнер, М; Скотт Блэр, GW (1967) в Эйхе, Франция, (редактор) Реология, теория и приложения, том 4, стр. 465 (Academic Press, Нью-Йорк)
Внешние ссылки
[ редактировать ]
Словарное определение тиксотропии в Викисловаре.
