Teorija rebinder. Vanjski i unutarnji efekti povezivača. Pogledajte kakav je "efekt rebindera" u drugim rječnicima

REBINDER Petr Aleksandrovich (03.H.1898-12.VII.1972), sovjetski fizičar i kemičar, akademik Akademije znanosti SSSR-a od 1946 (dopisni član od 1933), rođen je u Sankt Peterburgu. Diplomirao na Fizičko-matematičkom fakultetu Sveučilišta u Moskvi (1924). 1922.-1932. radio na Institutu za fiziku i biofiziku Akademije znanosti SSSR-a i istovremeno (1923.-1941.) - na Moskovskom državnom pedagoškom institutu. Liebknecht (od 1923. - profesor), od 1935. - voditelj odjela raspršenih sustava Koloidno-elektrokemijskog instituta (od 1945. - Institut za fizičku kemiju) Akademije znanosti SSSR-a, od 1942. - šef Odjela za koloid Kemija na moskovskom sveučilištu.

Rebinderovi radovi posvećeni su fizikalnoj kemiji raspršenih sustava i površinskim pojavama. Godine 1928. znanstvenik je otkrio fenomen smanjenja čvrstoće krutina uslijed reverzibilnog fizikalno-kemijskog učinka okoliša na njih (efekt Rebinder) i 1930-1940-ih. je razvio načine za olakšavanje rukovanja vrlo tvrdim i teškim materijalima.

Otkrio je elektrokapilarni učinak plastificiranja monokristala metala u procesu puzanja tijekom polarizacije njihove površine u otopinama elektrolita, istražio značajke vodenih otopina tenzida, učinak adsorpcijskih slojeva na svojstva dispergiranih sustava, identificiran (1935. -1940) glavni obrasci stvaranja i stabilizacije pjena i emulzija, kao i postupak fazne inverzije u emulzijama.

Znanstvenik je utvrdio da djelovanje pranja uključuje složeni skup koloidno-kemijskih procesa. Rebinder je proučavao procese stvaranja i građe micela tenzida, razvio koncept termodinamičke stabilne micele sapuna s liofobičnom unutarnjom jezgrom u liofilnom mediju. Znanstvenik je odabrao i potkrijepio optimalne parametre za karakterizaciju reoloških svojstava raspršenih sustava i predložio metode za njihovo određivanje.

Znanstvenik je 1956. otkrio fenomen adsorptivnog smanjenja čvrstoće metala pod utjecajem metalnih talina. Pedesetih godina prošlog stoljeća. znanstvenici su stvorili novo područje znanosti - fizikalno-kemijsku mehaniku. Kao što je i sam Rebinder napisao: „Krajnji problem fizikalno-kemijske mehanike je razviti znanstvene temelje za dobivanje krutina i sustava s danom strukturom i mehaničkim svojstvima. Posljedično, zadatak ovog područja je stvoriti optimalno usmjerenu tehnologiju za proizvodnju i obradu uglavnom svih građevinskih i konstrukcijskih materijala suvremene tehnologije - betona, metala i legura, posebno otpornih na toplinu, keramike i kermeta, guma, plastike, maziva . "

Od 1958. Rebinder je predsjednik Znanstvenog vijeća Akademije znanosti SSSR-a za probleme fizikalne i kemijske mehanike i koloidne kemije, zatim (od 1967.) predsjednik Nacionalnog odbora SSSR-a pri Međunarodnom odboru za površinski aktivne tvari. Od 1968. do 1972. bio je glavni urednik časopisa Colloid Journal. Znanstvenik je nagrađen dvama Lenjinovim ordenima, imao je titulu heroja socijalističkog rada (1968), laureat Državne nagrade SSSR-a (1942).

Rebinder efekt, učinak adsorpcijskog smanjenja čvrstoće krutina, olakšavanje deformacije i uništavanje krutina zbog reverzibilnog fizikalno-kemijskog djelovanja okoliša. Otkrio P. A. Rebinder (1928) u proučavanju mehaničkih svojstava kristala kalcita i kamene soli. Moguće je kada čvrsto tijelo u stresnom stanju dođe u kontakt s tekućim (ili plinovitim) adsorpcijskim aktivnim medijem. Rebinder efekt vrlo je univerzalan - primjećuje se u čvrstim metalima, ionskim, kovalentnim i molekularnim mono- i polikristalnim krutinama, staklima i polimerima, djelomično kristaliziranim i amorfnim, poroznim i krutim. Glavni uvjet za ispoljavanje efekta Rebinder je povezana priroda kontaktnih faza (kruta i srednja) u pogledu kemijskog sastava i strukture. Oblik i stupanj manifestacije učinka ovise o intenzitetu međuatomskih (intermolekularnih) interakcija kontaktnih faza, veličini i vrsti naprezanja (potrebna su vlačna naprezanja), brzini deformacije i temperaturi. Bitnu ulogu igra stvarna struktura tijela - prisutnost iščašenja, pukotina, inkluzija itd. Karakterističan oblik efekta Rebinder je višestruki pad čvrstoće, povećanje krhkosti krutine i smanjenje njegove trajnosti. Dakle, cink ploča navlažena živom ne savija se pod opterećenjem, već se lomi lomljivo. Drugi oblik manifestacije je plastificirajući učinak okoliša na čvrste materijale, na primjer, vodu na gipsu, organske površinski aktivne tvari na metalima itd. Termodinamički efekt rebindera posljedica je smanjenog rada na stvaranju nove površine tijekom deformacije kao rezultat smanjenja slobodne površinske energije krutine pod utjecajem okoliša ... Molekularna priroda učinka je olakšati razbijanje i preslagivanje intermolekularnih (interatomskih, ionskih) veza u krutini u prisutnosti adsorpcijski aktivnih i, istovremeno, dovoljno pokretnih stranih molekula (atoma, iona).

Najvažnija područja tehničke primjene su olakšavanje i poboljšanje mehaničke obrade različitih (posebno vrlo tvrdih i teško obradivih) materijala, regulacija procesa trenja i trošenja uz upotrebu maziva, učinkovita proizvodnja drobljenih (praškastih) materijala, proizvodnju čvrstih tvari i materijala s danom raspršenom strukturom i potrebnom kombinacijom mehaničkih i drugih svojstava razdvajanjem i naknadnim zbijanjem bez unutarnjih naprezanja. Adsorpcijski aktivno okruženje također može nanijeti značajnu štetu, na primjer, smanjujući čvrstoću i trajnost dijelova strojeva i materijala u radnim uvjetima. Uklanjanje čimbenika koji pridonose manifestaciji efekta Rebinder, u tim vam slučajevima omogućuje zaštitu materijala od neželjenih utjecaja okoliša.

Čak i najtrajnija tijela imaju ogroman broj mana, koji slabe njihov otpor opterećenju i čine ih manje izdržljivima u usporedbi s onim što teorija predviđa. Kada se krutina mehanički uništi, postupak započinje s mjesta na kojem se nalaze mikrodefekti. Povećanje opterećenja dovodi do razvoja mikropukotine na mjestu defekta. Međutim, uklanjanje tereta dovodi do obnavljanja izvorne strukture: širina mikropukotine često je nedovoljna za potpuno prevladavanje sila intermolekularne (interatomske) interakcije. Smanjivanje opterećenja dovodi do "kontrakcije" mikropukotine, sile intermolekularne interakcije obnavljaju se gotovo u potpunosti, pukotina nestaje. Poanta je također da je stvaranje pukotine stvaranje nove površine krutine, a takav postupak zahtijeva utrošak energije jednak energiji površinskog napona pomnoženoj s površinom ove površine. Smanjenje opterećenja dovodi do "skupljanja" pukotina, budući da sustav nastoji smanjiti energiju pohranjenu u njemu. Slijedom toga, za uspješno uništavanje krutine potrebno je prekrivati \u200b\u200brezultirajuću površinu posebnom tvari koja se naziva surfaktant, što će smanjiti rad na prevladavanju molekularnih sila tijekom stvaranja nove površine. Surfaktanti prodiru u mikropukotine, prekrivaju svoje površine slojem debelim samo jednu molekulu (što omogućuje upotrebu vrlo male količine aditiva tih tvari), sprječavajući proces "kolapsa", sprečavajući nastavak molekularne interakcije.

Površinski aktivne tvari, pod određenim uvjetima, olakšavaju usitnjavanje krutina. Vrlo fino (do veličine koloidnih čestica) mljevenje krutina uglavnom je nemoguće izvesti bez dodavanja tenzida.

Sada ostaje zapamtiti da uništavanje krutine (tj. Stvaranje novih mikropukotina) započinje točno s mjesta gdje se nalazi strukturni nedostatak ovog tijela. Uz to, dodano površinski aktivno sredstvo adsorbira se uglavnom na mjestima oštećenja, što olakšava njegovu adsorpciju na zidovima budućih mikropukotina. Evo riječi akademika Rebindera: „Odvajanje dijelova događa se upravo na tim slabim mjestima [mjesto oštećenja], pa stoga fine čestice tijela nastale tijekom mljevenja više ne sadrže ove najopasnije nedostatke. Točnije, što je njegova veličina manja, to je manja vjerojatnost susreta s opasnom slabom točkom.

Ako mljevenjem prave krutine bilo koje prirode dođemo do čestica čije su dimenzije približno jednake udaljenostima između najopasnijih nedostataka, tada takve čestice gotovo sigurno neće sadržavati opasne strukturne nedostatke, postat će mnogo jače od velikih uzoraka isto tijelo samo. Slijedom toga, potrebno je samo samljeti čvrsto tijelo u dovoljno male komadiće, a ti komadi iste prirode, istog sastava bit će najtrajniji, gotovo idealno jaki. "

Tada se te homogene čestice bez nedostataka moraju kombinirati, od njih napraviti čvrsto tijelo (velike čvrstoće) potrebne veličine i oblika, učiniti čestice čvrsto upakiranima i vrlo čvrsto međusobno sjediniti. Rezultirajući strojni dio ili građevinski dio mora biti mnogo čvršći od izvornog materijala prije brušenja. Prirodno, nije tako jak kao zasebna čestica, jer će se na mjestima spajanja pojaviti novi nedostaci. Međutim, ako se postupak kombiniranja čestica izvede vješto, snaga početnog materijala bit će nadmašena. To zahtijeva posebno čvrsto pakiranje malih čestica, tako da se između njih ponovno pojavljuju intermolekularne sile. To se obično radi komprimiranjem čestica prešanjem i zagrijavanjem. Sitnozrni agregat dobiven prešanjem zagrijava se bez dovođenja do topljenja. Povišenjem temperature povećava se amplituda toplinskih vibracija molekula (atoma) u kristalnoj rešetki. Na dodirnim mjestima vibracijske molekule dviju susjednih čestica približavaju se i čak se miješaju. Sile adhezije se povećavaju, čestice se skupljaju, ne ostavljajući praktički nikakve praznine i pore, nedostaci kontaktnih točaka nestaju.

U nekim slučajevima, čestice se mogu zalijepiti ili zalemiti. U tom se slučaju postupak mora izvesti na takav način da slojevi ljepila ili lema ne sadrže nedostatke.

Pokazalo se da je temeljno poboljšanje procesa mljevenja krutina, zasnovano na praktičnoj primjeni efekta Rebinder, vrlo korisno za mnoge industrije. Procesi mljevenja znatno su se ubrzali, dok se potrošnja energije znatno smanjila. Fino brušenje omogućilo je provođenje mnogih tehnoloških procesa pri nižim temperaturama i tlakovima. Kao rezultat, dobiveni su više visokokvalitetni materijali: betoni, keramički i metalokeramički proizvodi, boje, olovke, pigmenti, punila i još mnogo toga. Olakšava obradu vatrostalnih i toplinski otpornih čelika.

Evo kako on sam opisuje metodu primjene efekta Rebinder: „Građevinski dijelovi od cementnog betona mogu se pouzdano kombinirati u monolitnu strukturu lijepljenjem vibrokoloidnim cementnim ljepilom ... Takvo ljepilo je smjesa fino mljevenog cementa (dio od kojih se može zamijeniti sitno mljevenim pijeskom) s izuzetno malom količinom vode i dodatkom površinski aktivne tvari. Smjesa se ukapljuje ekstremnim vibracijama tijekom nanošenja na zalijepljene površine u obliku tankog sloja. Nakon brzog stvrdnjavanja, sloj ljepila postaje najtrajnije mjesto u strukturi. "

Korištenje ideja akademika Rebindera u vezi s olakšavanjem procesa mljevenja čvrstih tijela od velike je praktične važnosti, na primjer, za razvijanje metode za smanjenje čvrstoće minerala kako bi se povećala učinkovitost bušenja u tvrde stijene.

Smanjenje čvrstoće metala pod utjecajem metalnih talina.Rebinder je 1956. otkrio fenomen smanjenja čvrstoće metala pod utjecajem metalnih talina. Pokazano je da najveći pad površinske energije krutine (metala) na gotovo nulu mogu prouzročiti rastaljeni mediji koji su u molekularnoj prirodi blizu krutine. Dakle, vlačna čvrstoća monokristala cinka smanjena je desetke puta kada se na njihovu površinu nanese sloj tekućeg metala od kositra debljine 1 mikrona. Slični učinci za vatrostalne i otporne na toplinu legure uočavaju se pod djelovanjem tekućih metala koji se nisko tope.

Otkriveni fenomen pokazao se vrlo važnim za poboljšanje metoda oblikovanja metala. Ovaj postupak je nemoguć bez upotrebe maziva. Za materijale nove tehnologije - vatrostalne i otporne na toplinu - legure - obrada je posebno uvelike olakšana kada se koriste aktivna maziva koja omekšavaju tanke površinske slojeve metala (što se zapravo događa pod djelovanjem malih količina metalnih talina). U ovom se slučaju metal sam podmazuje - uklanja se štetna višak deformacija koja se javlja tijekom obrade, što uzrokuje takozvano radno stvrdnjavanje - povećanje čvrstoće koja ometa obradu. Otvaraju se nove mogućnosti za obradu metala pritiskom pri normalnim i povišenim temperaturama: povećava se kvaliteta proizvoda, smanjuje se habanje alata za obradu i smanjuje se potrošnja energije za obradu.

Umjesto pretvaranja skupog metala u iver u procesu proizvodnje proizvoda rezanjem, možete primijeniti preoblikovanje plastike: obradu tlakom bez gubitka metala. Istodobno se poboljšava i kvaliteta proizvoda.

Oštro smanjenje čvrstoće površinskog sloja metala igra značajnu ulogu u poboljšanju rada jedinica trenja. Pojavljuje se automatski upravljački mehanizam kontrole trošenja: ako postoje slučajne nepravilnosti na površinama trljanja (izrasline, ogrebotine itd.), Na mjestima njihovog iščašenja razvija se visoki lokalni pritisak, što uzrokuje površinski protok metala, što je znatno olakšano djelovanjem adsorbiranih rastopa (površinski sloj natopljen metalom u talini gubi čvrstoću). Trljajuće površine lako je brusiti ili polirati. Uvedeno "podmazivanje" uzrokuje ubrzano "trošenje" nepravilnosti, povećava se brzina naleta (uvođenja) strojeva.

Aktivne nečistoće se mogu koristiti kao modifikatori procesa kristalizacije. Adorbirani na jezgritim kristalima oslobođenog metala smanjuju brzinu svog rasta. Tako nastaje sitnozrnasta metalna struktura veće čvrstoće.

Razvijen je postupak "treniranja" metala u površinski aktivnom mediju. Metal se podvrgava povremenoj površinskoj obradi koja ne dovodi do uništenja. Zbog olakšavanja plastičnih deformacija u površinskim slojevima, metal u unutarnjem volumenu se kao da se "mijesi", a kristalna rešetka zrna raspršuje. Ako se takav postupak izvodi na temperaturi bliskoj temperaturi početka rekristalizacije metala, u površinski aktivnom mediju stvara se finokristalna struktura s mnogo većom tvrdoćom. I brušenje metala pri dobivanju finog praha nije potpuno bez upotrebe površinski aktivnih talina. Nakon toga se proizvodi dobivaju od ovog praha vrućim prešanjem (u potpunosti u skladu s gore opisanim postupkom ojačavanja materijala iz praha).

UČINAK REBINDERA U POLIMERIMA. Izvanredni sovjetski fizičar i kemičar, akademik Pyotr Aleksandrovich Rebinder prvi je pokušao utjecati na razbijanje čvrstog tijela. Rebinder je bio taj koji je uspio shvatiti kako se to može učiniti. Još 20-ih godina prošlog stoljeća u tu je svrhu koristio takozvane površinski aktivne ili adsorpcijski aktivne tvari koje su sposobne učinkovito adsorbirati na površini čak i pri niskim koncentracijama u okolišu i naglo smanjiti površinsku napetost krutina. Molekule ovih tvari napadaju intermolekularne veze na vrhu rastuće pukotinske pukotine i adsorbiranjem na svježe oblikovanim površinama slabe ih. Pokupivši posebne tekućine i uvodeći ih na površinu krutine koja se želi uništiti, Rebinder je postigao nevjerojatan pad u radu loma pod naponom (slika 1). Slika prikazuje krivulje deformacijske čvrstoće monokristala cinka (ploče debljine reda milimetra) u odsutnosti i u prisutnosti površinski aktivne tekućine. Trenutak uništenja u oba slučaja označen je strelicama. Jasno se vidi da ako samo istegnete uzorak, puknut će pri više od 600% istezanja. Ali ako se isti postupak izvodi taloženjem tekućeg kositra na njegovu površinu, uništenje se događa tek pri ~ 10% istezanju. Budući da je djelo uništavanja područje pod krivuljom naprezanje-deformacija, lako je uočiti da prisutnost tekućine smanjuje rad ni nekoliko puta, već redove veličine. Upravo je taj efekt nazvan Rebinder efekt, odnosno adsorpcijsko smanjenje čvrstoće krutina.

Sl. 1. Ovisnost naprezanja o deformaciji monokristala cinka na 400 ° S: 1 - u zraku; 2 - u talini kositra

Rebinder efekt je univerzalni fenomen koji se opaža kada se unište bilo koja čvrsta tijela, uključujući polimere. Ipak, priroda predmeta unosi svoja obilježja u proces uništavanja, a polimeri u tom smislu nisu iznimka. Polimerni filmovi sastoje se od velikih, netaknutih molekula koje zajedno drže van der Waalsove sile ili vodikove veze, koje su osjetno slabije od kovalentnih veza unutar samih molekula. Stoga molekula, čak i ako je član tima, zadržava određenu izolaciju i individualne kvalitete. Glavna značajka polimera je lančana struktura njihovih makromolekula, što osigurava njihovu fleksibilnost. Fleksibilnost molekula, t.j. njihova sposobnost promjene oblika (zbog deformacije kutova veze i rotacije karika) pod utjecajem vanjskih mehaničkih naprezanja i niza drugih čimbenika temelji se na svim karakterističnim svojstvima polimera. Prije svega, sposobnost makromolekula za međusobnu orijentaciju. Međutim, valja napomenuti da se potonje odnosi samo na linearne polimere. Postoji ogroman broj tvari koje imaju veliku molekularnu težinu (na primjer, bjelančevine i drugi biološki objekti), ali ne posjeduju specifične kvalitete polimera, jer jake intramolekularne interakcije sprječavaju savijanje njihovih makromolekula. Štoviše, tipični predstavnik polimera - prirodnog kaučuka - koji je "umrežen" uz pomoć posebnih tvari (postupak vulkanizacije), može se pretvoriti u krutinu - ebonit, koji uopće ne pokazuje znakove polimernih svojstava.

U polimerima se efekt Rebinder manifestira na vrlo osebujan način. U adsorpcijski aktivnoj tekućini pojavljivanje i razvoj nove površine opaža se ne samo tijekom uništavanja, već mnogo ranije, čak i u procesu polimerne deformacije, koju prati orijentacija makromolekula.

Slika 2. Izgled uzoraka polietilen tereftalata rastegnutih u zraku (a) i u adsorpcijski aktivnom mediju (n-propanol) (b).

čvrstoća rebinder polimera

Na slici 2. prikazane su slike dva uzorka Lavsana, od kojih je jedan ispružen u zraku, a drugi u adsorpcijski aktivnoj tekućini. Jasno se vidi da se u prvom slučaju u uzorku pojavljuje vrat. U drugom se slučaju film ne sužava, ali postaje mliječnobijel i neproziran. Razlozi opaženog izbjeljivanja postaju jasni mikroskopskim pregledom.

Slika 3. Elektronska mikrografija uzorka polietilen tereftalata deformiranog u n-propanolu. (Povećaj 1000)

Umjesto monolitnog prozirnog vrata, u polimeru se stvara jedinstvena fibrilarno-porozna struktura koja se sastoji od nitastih agregata makromolekula (fibrila) odvojenih mikrovuidama (porama). U tom se slučaju međusobna orijentacija makromolekula postiže ne u monolitnom vratu, već unutar fibrila. Budući da su fibrile odvojene u svemiru, takva struktura sadrži ogromnu količinu mikro praznina, koje intenzivno raspršuju svjetlost i daju polimeru mliječno bijelu boju. Pore \u200b\u200bsu ispunjene tekućinom, pa se heterogena struktura zadržava i nakon uklanjanja deformirajućeg naprezanja. Vlaknasto-porozna struktura pojavljuje se u posebnim zonama i, kako se polimer deformira, zahvaća sve veći volumen. Analizom mikroskopskih slika omogućeno je utvrđivanje značajki strukturnih prestrojavanja u polimeru podvrgnutom izlježavanju (slika 4).

Slika 4. Shematski prikaz pojedinih stupnjeva polimera koji poludi: I - iniciranje ludila, II - rast ludosti, III - širenje ludila.

Nastali na bilo kojem nedostatku (strukturne nehomogenosti), kojeg ima na površini bilo koje stvarne krutine, poludje rastu kroz čitav presjek rastegnutog polimera u smjeru normalnom na os vlačnog naprezanja, održavajući konstantu i vrlo malu (~ 1 μm) širina. U tom su smislu poput pravih pukotina pukotina. Ali kada pomama "presiječe" cijeli presjek polimera, uzorak se ne raspada na zasebne dijelove, već ostaje jedinstvena cjelina. To je zbog činjenice da su suprotni rubovi tako neobične pukotine povezani najfinijim nitima orijentiranog polimera (slika 3). Veličine (promjeri) fibrilarnih formacija, kao i mikrootpori koji ih razdvajaju, su 1-10 nm.

Kada vlakna koja povezuju suprotne stijenke ludila postanu dovoljno dugačka, započinje postupak njihovog spajanja (u ovom slučaju površina se smanjuje, slika 5). Drugim riječima, polimer prolazi kroz svojevrsni strukturni prijelaz iz labave strukture u kompaktniju, koja se sastoji od gusto zbijenih agregata vlakana, koji su orijentirani u smjeru osi zatezanja.

Slika 5. Dijagram koji prikazuje kolaps strukture polimera koji nastaje pri visokim vrijednostima deformacije u adsorpcijski aktivnoj tekućini u različitim fazama istezanja

Postoji metoda odvajanja molekula adsorpcijom iz otopine onih od njih koje su sposobne prodrijeti u pore zadane veličine (učinak molekularnog sita). Budući da se veličina pora može lako kontrolirati promjenom omjera povlačenja polimera u adsorpcijski aktivnom mediju (pomoću Rebinder efekta), selektivnu adsorpciju je lako postići. Važno je napomenuti da su adsorbenti koji se koriste u praksi obično vrsta praha ili granulata koji se puni raznim vrstama spremnika (na primjer, sorbent u istoj plinskoj maski). Korištenjem efekta Rebinder lako je dobiti film ili vlakno s prolaznom nanometrijskom poroznošću. Drugim riječima, otvara se mogućnost stvaranja strukturnog materijala s optimalnim mehaničkim svojstvima i istodobno učinkovit sorbent.

Korištenjem efekta Rebinder, na elementarni način (jednostavnim rastezanjem polimernog filma u adsorpcijsko aktivnom mediju), moguće je napraviti porozne polimerne filmove na bazi gotovo bilo kojeg sintetskog polimera. Veličine pora u takvim filmovima lako se kontroliraju promjenom stupnja deformacije polimera, što omogućuje proizvodnju razdvajajućih membrana za rješavanje raznih praktičnih problema.

Rebinder efekt u polimerima ima velik potencijal za primjenu. Prvo, jednostavnim uvlačenjem polimera u adsorpcijski aktivnu tekućinu moguće je dobiti niz polimernih sorbenata, razdvajajućih membrana i polimernih proizvoda s poprečnim reljefom, i, drugo, efekt Rebinder daje kemičaru postupka univerzalni kontinuirani metoda uvođenja modificirajućih aditiva u polimere.

Popis korištenih materijala

1.www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf
2.www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html
3. https://femto.com.ua/articles/part_2/3339.html
4. Velika sovjetska enciklopedija. M.: Sovjetska enciklopedija, 1975, svezak 21.
5. https://him.1september.ru/2003/32/3.htm
6.http: //slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00065/40400.htm
7.http: //www.nanometer.ru/2009/09/07/rfbr_156711/PROP_FILE_files_1/rffi4.pdf
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Rebinder_Effect

Fenomeni vlažnosti razmatrani su za ravnotežno stanje sustava. U uvjetima ležišta uočavaju se nestabilni procesi koji se događaju na sučelju. Zbog istiskivanja ulja vodom nastaje pokretni trofazni obod vlaženja. Kontaktni kut mijenja se ovisno o brzini i smjeru tekućine (fluidni meniskus, slika 5.5) u kanalima i pukotinama.

Slika 5.5 - Shema promjene kontaktnih kutova pri promjeni smjera kretanja meniskusa u kapilarnom kanalu:  1 - napredovanje,  2 - povlačenje kontaktnih kutova tijekom kretanja vodeno-uljnog meniskusa u cilindričnom kanalu s hidrofilnim površina ( je statički kontaktni kut)

Kinetički vlaženje histerezeuobičajeno je promjenu kuta vlaženja nazivati \u200b\u200bpri kretanju na čvrstoj površini trofaznog perimetra vlaženja. Količina histereze ovisi o:

iz smjera kretanja perimetra vlaženja, t.j. događa li se pomicanje s čvrste površine vode uljem ili ulja vodom;

brzina kretanja trofaznog sučelja na čvrstoj površini;

hrapavost čvrste površine;

adsorpcija na površini tvari.

Pojave histereze javljaju se uglavnom na hrapavim površinama i molekularne su prirode. Na poliranim površinama histereza je slaba.

5.6 Svojstva površinskih slojeva tvorbenih tekućina

Postoje razne pretpostavke o strukturi površinskog sloja.

Mnogi istraživači koji proučavaju strukturu i debljinu tankih slojeva tekućine povezuju stvaranje prištinskih slojeva s polarizacijom molekula i njihovom orijentacijom s površine krutine na unutarnja područja tekućine s formiranjem slojeva solvatacije 1.

Naftni slojevi u dodiru sa stijenama formacije imaju posebno složenu strukturu, jer je interakcija tenzida s mineralima vrlo raznolika.

Primijećeno je, na primjer, da se reagensi koji se koriste u flotacijskoj tehnologiji mogu učvrstiti na površini minerala i u obliku običnih trodimenzionalnih filmova koji čine neovisnu fazu na površini mineralnih čestica i u obliku površine spojevi koji nemaju specifičan sastav i ne čine zasebnu neovisnu fazu.

Konačno, reagensi se mogu koncentrirati u difuzijskom dijelu dvostrukog električnog sloja, a ne na samom sučelju.

Komponente surfaktanta, očito, uvijek se koncentriraju ne samo na površini, već iu trodimenzionalnom volumenu blizu sučelja.

Mnogi su istraživači pokušali izmjeriti debljinu filma različitih tekućina na čvrstim tvarima. Tako, na primjer, prema rezultatima mjerenja BV Deryagina i MM Kusakova, debljina vlažnih filmova vodenih otopina soli na raznim čvrstim ravnim površinama iznosi oko 10 -5 cm (100 njih). Ti se slojevi razlikuju od ostatka fluida po strukturi i mehaničkim svojstvima - elastičnost na smicanje i povećana viskoznost. Utvrđeno je da se svojstva tekućine u površinskom sloju također mijenjaju zbog njenog sabijanja. Primjerice, gustoća vode adsorbirane silikagelom prema nekim mjerenjima iznosi 1027-1285 kg / m 3.

Adsorpcijske i s njima povezane otopinske ljuske u ležištu nafte također imaju posebna svojstva. Neki uljni sastojci mogu oblikovati gelirane strukturirane adsorpcijske slojeve (s neobičnim - anomalnim svojstvima) s visokom strukturnom viskoznošću, a pri visokim stupnjevima zasićenja adsorpcijskog sloja - s elastičnošću i mehaničkom posmičnom čvrstoćom.

Studije pokazuju da sastav površinskih slojeva na presjeku ulje - voda uključuje naftenske kiseline, smole male molekulske mase, koloidne čestice smola i asfaltena velike molekulske mase, parafinske mikrokristale, kao i čestice mineralnih i ugljičnih suspenzija. Pretpostavlja se da je površinski sloj na presjeku nafta - voda nastao kao rezultat nakupljanja mineralnih i ugljičnih čestica, kao i parafinskih mikrokristala pod utjecajem selektivnog vlaženja vodenom fazom hidrofilnih područja njihove površine. Asfaltno-smolaste tvari adsorbirane su na istoj površini i pretvarajući se u gelasto stanje cementiraju čestice parafina i minerala u jedan monolitni sloj. Površinski sloj se još više zadebljava zbog solvatizacije gelova asfalt-smolastih tvari iz uljne faze.

Posebna strukturna i mehanička svojstva površinskih slojeva određuju stabilizaciju različitih sustava, a posebno visoku stabilnost nekih emulzija vode i ulja.

Postojanje adsorpcijskih slojeva na odjeljku zaostale vode i ulja, očito, također ima neki odgađajući učinak na procese miješljivosti vode koja se ubrizgava u rezervoar s ostatkom.

5.7 Djelovanje klina tankih slojeva tekućine.

Deryaginovi eksperimenti. Rebinder efekt

Tekućina koja kvasi krutu tvar, prodirući u tanke pukotine, sposobna je igrati ulogu klina i odbijati njegove zidove, tj. tanki slojevi tekućine djeluju klinasto 2. Ovo svojstvo tankih slojeva očituje se i kad se čvrste površine uronjene u tekućinu približe jedna drugoj. Prema istraživanju B.V.Deryagina, djelovanje klina događa se pod uvjetom da je debljina sloja h tekućina koja gura površinu pukotine manja je od određene vrijednosti h cr ... Kada h > h cr klinasto djelovanje je nula i pri h < h cr ona se povećava sa smanjenjem debljine sloja tekućine, tj. od trenutka h ≤ h cr kako bi se površine čestica približile, na njih se mora primijeniti vanjsko opterećenje.

Čimbenici koji stvaraju djelovanje klina su sile ionsko-elektrostatičkog podrijetla i posebno agregacijsko stanje polarnih tekućina u blizini graničnih površina.

Ranije je spomenuto da se svojstva solvatacijskog sloja na površini krutine naglo razlikuju od svojstava ostatka tekućine. Ovaj se (solvatni) sloj može smatrati posebnom graničnom fazom. Stoga, kad se čestice približavaju na udaljenosti manjim od dvostruke debljine slojeva solvatacije, na čestice se mora primijeniti vanjsko opterećenje.

Tlak razdvajanja ionsko-elektrostatskog porijekla proizlazi iz promjena koncentracije iona u sloju koji razdvaja čestice i u otopini koja ih okružuje.

Prema rezultatima pokusa, djelovanje klina je veće, što je jača veza između tekućine i površina krutine. Može se poboljšati uvođenjem površinski aktivnih tvari u tekućinu koje površina krutine dobro apsorbira. Rebinder efekt temelji se na ovom fenomenu. Njegova je bit u činjenici da male količine tenzida uzrokuju naglo pogoršanje mehaničkih svojstava krutine. Adsorptivno smanjenje čvrstoće krutina ovisi o mnogim čimbenicima. Poboljšava se ako je tijelo podvrgnuto vlačnim silama i ako tekućina dobro nakvasi površinu.

Učinak smanjenja adsorpcijske čvrstoće koristi se u bušenju bušotina. Kada se otopine koje sadrže posebno odabrane površinski aktivne tvari kao tekućine za bušenje, bušenje tvrdih stijena osjetno je lakše.

Pored djelovanja kemijskih procesa koji utječu na svojstva površine i frikcijsku interakciju između krutih tvari, postoji i otvorena i koju je istražio P.A. Rebinder je slično mazivo zbog čisto molekularne interakcije maziva s čvrstim površinama, koje se naziva "Rebinder efekt".

Prave krutine imaju i površinske i unutarnje strukturne nedostatke. U pravilu, takvi nedostaci imaju višak slobodne energije. Zbog fizičke adsorpcije molekula surfaktanta (surfaktanta), razina slobodne površinske energije krutine smanjuje se na mjestima njihova slijetanja. To smanjuje radnu funkciju dislokacija na površinu. Površinski aktivne tvari prodiru u pukotine i međukristalni prostor, vršeći mehanički učinak na njihove zidove i odbijajući ih, dovode do krhkog pucanja materijala i smanjenja čvrstoće kontaktnih tijela. A ako se takvi procesi razvijaju samo na izbočinama kontaktnih tijela, smanjujući otpor pri smicanju nepravilnosti ovog materijala, tada općenito taj postupak dovodi do izravnavanja površine, smanjenja specifičnog tlaka u kontaktnoj zoni i općenito

smanjenje trenja i trošenja tijela koja se trljaju. Ali ako se normalna opterećenja tijekom trenja znatno povećaju, visoki specifični pritisci šire se po cijelom konturnom području, omekšavanje materijala događa se na velikom području površine i dovodi do njegovog vrlo brzog uništavanja.

Rebinder efekt se široko koristi kako u razvoju maziva (za to se u mazivo uvode posebne površinski aktivne tvari), tako i u svrhu olakšavanja deformacije i obrade materijala u proizvodnji dijelova stroja (za to se koriste posebna maziva i emulzije koristi se u obliku tekućina za rezanje).

Rebinder efekt pojavljuje se na širokom izboru materijala. To su metali, stijene, staklo, elementi strojeva i opreme. Medij koji uzrokuje smanjenje čvrstoće može biti plinovit i tekući. Rastopljeni metali često mogu djelovati kao površinski aktivne tvari. Na primjer, bakar koji se oslobađa tijekom topljenja kliznog ležaja postaje površinski aktivna tvar za čelik. Prodirući u pukotine i međukristalni prostor osovina nosača, ovaj proces postaje uzrok krhkog loma osovina i uzrok prometnih nesreća.

Ne obraćajući dužnu pažnju na prirodu postupka, često smo počeli nailaziti na primjere kada amonijak uzrokuje pucanje mjedenih dijelova, plinoviti proizvodi izgaranja dramatično ubrzavaju proces uništavanja lopatica turbine, rastopljeni magnezijev klorid razarajuće djeluje na nehrđajući čelik visoke čvrstoće i niz drugih. Znanje o prirodi ovih pojava otvara mogućnosti za ciljano rješavanje pitanja povećanja otpornosti na trošenje i uništavanja kritičnih dijelova i jedinica strojeva i opreme te, uz pravilnu uporabu efekta Rebinder, za povećanje produktivnosti oprema za obradu i učinkovitost korištenja parova trenja, tj radi uštede energije.

Rebinder efekt

učinak adsorpcijskog smanjenja čvrstoće krutina, olakšavajući deformaciju i uništavanje krutina uslijed reverzibilnog fizikalno-kemijskog djelovanja okoliša. Otkrio P. A. Rebinder (1928) u proučavanju mehaničkih svojstava kristala kalcita i kamene soli. Moguće je kada čvrsto tijelo u stresnom stanju dođe u kontakt s tekućim (ili plinovitim) adsorpcijskim aktivnim medijem. R, npr. vrlo svestran - opaža se u čvrstim metalima, ionskim, kovalentnim i molekularnim mono- i polikristalnim tijelima, naočalama i polimerima, djelomično kristaliziranim i amorfnim, poroznim i čvrstim tijelima. Glavni uvjet za manifestaciju R. e. - srodna priroda kontaktnih faza (kruta i srednja) u kemijskom sastavu i strukturi. Oblik i stupanj manifestacije R. e. ovise o intenzitetu međuatomskih (intermolekularnih) interakcija kontaktnih faza, veličini i vrsti naprezanja (potrebna su vlačna naprezanja), brzini deformacije i temperaturi. Bitnu ulogu igra stvarna struktura tijela - prisutnost iščašenja, pukotina, stranih uključaka i drugih. - višestruki pad čvrstoće, povećanje krhkosti krutine, smanjenje trajnosti. Dakle, cink ploča navlažena živom ne savija se pod opterećenjem, već se lomi lomljivo. Drugi oblik manifestacije R. e. - učinak plastificiranja medija na čvrste materijale, na primjer, vodu na gips, organske površinski aktivne tvari na metale, itd. Termodinamički R. e. zbog smanjenja rada stvaranja nove površine tijekom deformacije kao rezultat smanjenja slobodne površinske energije (vidi Površinska energija) krutine pod utjecajem okoliša. Molekularna priroda R. e. sastoji se u olakšavanju razbijanja i preslagivanja intermolekularnih (interatomskih, ionskih) veza u krutini u prisutnosti adsorpcijski aktivnih i, istovremeno, dovoljno pokretnih stranih molekula (atoma, iona). Najvažnija područja tehničke primjene R. e. - olakšavanje i poboljšanje mehaničke obrade različitih (posebno vrlo tvrdih i teško obradivih) materijala, regulacija procesa trenja i trošenja uz upotrebu maziva (vidi Djelovanje podmazivanja), učinkovita proizvodnja drobljenih (praškastih) materijala, proizvodnja čvrstih tvari i materijali s danom raspršenom strukturom (vidi. Raspršena struktura) i potrebnom kombinacijom mehaničkih i drugih svojstava razdvajanjem i naknadnim zbijanjem bez unutarnjih naprezanja (vidi. (Vidi također Fizičko-kemijska mehanika). Adsorpcijski aktivno okruženje također može nanijeti značajnu štetu, na primjer, smanjujući čvrstoću i trajnost dijelova strojeva i materijala u radnim uvjetima. Uklanjanje čimbenika koji pridonose manifestaciji R. e., U tim vam slučajevima omogućuje zaštitu materijala od neželjenih učinaka okoliša.

Lit.: Goryunov Yu. V., Pertsov NV, BD Summ, Rebinder efekt, M., 1966; Rebinder P. A., Shchukin E. D., Površinski fenomeni u čvrstim tijelima u procesima njihove deformacije i uništavanja, "Uspekhi fizicheskikh nauk", 1972, v. 108, v. 1, str. 3.

L. A. Sranja.

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte kakav je "efekt rebindera" u drugim rječnicima:

Smanjenje čvrstoće krutina u adsorpcijskim aktivnim medijima (otopine tenzida, elektroliti, rastopljene soli itd.). Otkrio P. A. Rebinder 1928. Koristi se za povećanje učinkovitosti disperzije, mljevenja, ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

- (adsorpcijsko smanjenje snage) smanjenje površinske (međufazne) energije zbog fizičke. ili kem. procesi na površini krutina, što dovodi do promjene njihove mehanike. svojstva (smanjenje čvrstoće, pojava krhkosti, smanjenje ... ... Fizička enciklopedija

Smanjivanje čvrstoće krutina u adsorpcijskim aktivnim medijima (otopine tenzida, elektroliti, rastopljene soli, itd.). Otkrio P. A. Rebinder 1928. Koristi se za povećanje učinkovitosti disperzije, mljevenja, obrade materijala rezanjem i ... enciklopedijski rječnik

Rebinder efekt (adsorptivno smanjenje čvrstoće), promjena mehaničkih svojstava krutina zbog fizikalno-kemijskih procesa koji uzrokuju smanjenje površinske (međufazne) energije tijela. Očituje se smanjenjem snage i ... ... Wikipedijom

Vidi Fizičko-kemijska mehanika ... Kemijska enciklopedija

Smanjenje jačine tv-a. tijela u adsorpcijski aktivnim podlogama (otopine surfaktanta, elektroliti, rastopljene soli itd.). Otkrio P. A. Rebinder 1928. Koristi se za poboljšanje učinkovitosti disperzije, brušenja, rezanja materijala i ... ... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

hallov efekt - pojava poprečnog električnog polja i razlika potencijala u metalu ili poluvodiču kroz koji prolazi električna struja, kada je smještena u magnetsko polje, okomito na smjer struje. Otvorio američki ... ...

mossbauerov efekt - rezonantna apsorpcija γ kvanta atomskim jezgrama, uočena kada je izvor i apsorber γ zračenja čvrsta materija, a energija kvanta niska (150 keV). Ponekad se M. efekt naziva rezonancijom, apsorpcijom bez povratnog udara ili nuklearnom ... Enciklopedijski metalurški rječnik

seebeckov efekt - fenomen pojave elektromotorne sile u električnom krugu koji se sastoji od različitih vodiča, čiji kontakti imaju različite temperature; otkrio 1821. njemački fizičar T. Seebeck. Elektromotorna sila, ... ... Enciklopedijski metalurški rječnik

bauschingerov efekt - smanjenje otpora metala ili legure na male plastične deformacije (na primjer, pri kompresiji) nakon preliminarne deformacije suprotnog predznaka (u napetosti). U monokristalima čistih metala, Bauschingerov efekt ... ... Enciklopedijski metalurški rječnik

Knjige

Uloga površinskih pojava u strukturnom i mehaničkom ponašanju čvrstih polimera, A. L. Volynsky, N. F. Bakeev. Knjiga iznosi suvremene ideje o ulozi površinskih pojava u strukturnom i mehaničkom ponašanju amorfnih i kristalnih polimera. Razmatraju se procesi razvoja i zacjeljivanja ...

			A C str


			1 C 1
				p s (12,9)

gdje je ps tlak zasićene pare pri određenoj temperaturi; pritisak pare.

p s - relativan

Jednadžba BET polimolekularne adsorpcijske izoterme može se lako svesti u linearni oblik:



A (1
A (1

pomoću kojih je moguće konstruirati linearnu ovisnost u koordinatama / na i odrediti konstante C i A∞.

BET teorija, poput Langmuirove teorije, ukazuje na put za određivanje specifične površine adsorbenta. Pronašavši A∞ za pare jednostavnih tvari na niskim temperaturama i znajući površinu koju zauzima adsorpcijska molekula, lako je izračunati specifičnu površinu adsorbenta.

Inertni plinovi (dušik, argon, kripton itd.) Koriste se kao adsorbati, koje karakterizira slaba intermolekularna interakcija na površini adsorbenta, što je u skladu s početnim pretpostavkama teorije, a to osigurava pouzdanost dobiveni rezultati. Da bi se povećala adsorpcija takvih plinova, provodi se na niskim temperaturama, pa je otuda i čest naziv BET metode - metoda niskotemperaturne adsorpcije.

13 Adsorpcijsko smanjenje snage. Rebinder efekt

Mnogi tehnološki procesi započinju drobljenjem i mljevenjem. Ovo je jedna od najmasovnijih i najintenzivnijih operacija moderne tehnologije. Mljeti žito, pretvarajući ga u brašno, mljeti rudu, ugljen, stijene potrebne za proizvodnju cementa, stakla. Svake godine usitne milijarde tona sirovina, trošeći enormnu količinu električne energije.

Fenomen adsorpcijskog učinka medija na mehanička svojstva i strukturu krutina - rebinder efekt- otkrio je akademik Peter Aleksandrovič Rebinder1928. godine. Suština ovog fenomena leži u olakšavanju deformacije i uništavanja krutina i spontanom nastanku strukturnih promjena u njima kao rezultat smanjenja njihove slobodne površinske energije u dodiru s medijem koji sadrži supstance sposobne za adsorpciju na površini. Mnoge pojave uočene u prirodi, tehnologiji i praksi znanstvenog istraživanja temelje se na efektu Rebinder.

Ovisno o kemijskoj prirodi krutine i medija, uvjetima deformacije i uništavanja strukture krutine, efekt Rebinder može se manifestirati u različitim oblicima: adsorpcijska plastifikacija (olakšava plastičnu deformaciju), adsorpcijsko smanjenje čvrstoće ili spontano disperzija čvrste strukture. Unatoč raznolikosti oblika manifestacije, mogu se razlikovati brojne zajedničke značajke karakteristične za efekt Rebinder:

1) Djelovanje medija je vrlo specifično: samo nekoliko specifičnih medija djeluje na svaku datu vrstu čvrstog tijela.

2) Promjena mehaničkih svojstava krutina može se primijetiti odmah nakon uspostavljanja kontakta s medijem.

3) Za očitovanje djelovanja okoliša dovoljne su vrlo male količine.

4) Rebinder efekt očituje se samo pod kombiniranim djelovanjem medija i mehaničkih naprezanja.

5) Primjećuje se osebujna reverzibilnost učinka: nakon uklanjanja medija mehanička svojstva početnog materijala u potpunosti se obnavljaju.

Te su značajke razlika između učinka Rebinder-a od ostalih mogućih slučajeva utjecaja medija na mehanička svojstva krutina, posebno od procesa otapanja i korozije, kada uništavanje tijela pod utjecajem medija može javljaju se u nedostatku mehaničkih naprezanja. U potonjem je slučaju obično potrebno izlaganje značajnim količinama agresivnog okoliša.

Smanjenje čvrstoće pri adsorpciji (ADS) uočava se u prisutnosti medija koji uzrokuju snažno smanjenje površinske energije krutina. Najjače učinke uzrokuju tekući mediji koji su u molekulskoj prirodi blizu čvrstih tvari. Dakle, za čvrste materijale takvi su mediji otopine metala koji se manje tope; za ionske kristale i okside - vode, otopine elektrolita i solne taline; za molekularne nepolarne kristale - ugljikovodike. Među brojnim medijima iste molekularne prirode, značajno smanjenje čvrstoće krutina često uzrokuju tvari koje čine jednostavan eutektički dijagram s krutom s niskom topljivošću u krutom stanju; to odgovara maloj pozitivnoj energiji miješanja komponenata. U sustavima s malim intenzitetom interakcije komponenata (međusobna netopivost), kao i u slučaju vrlo visokog međusobnog afiniteta, posebno ako komponente uđu u kemijsku reakciju, APP se obično ne opaža.

U lomljivom lomu odnos između čvrstoće P i površinske energije opisuje se Griffithsovom jednadžbom:

, (13.1)

gdje je E modul elastičnosti krutine, l je karakteristična veličina defekata koji u njoj postoje ili nastaju tijekom preliminarne plastične deformacije - nukleacijske pukotine razaranja. U skladu s Griffithsovom relacijom, koja vrijedi u uvjetima lomljivih lomova, omjer čvrstoće materijala u prisutnosti PA i u odsutnosti medija P 0 jednak je kvadratnom korijenu omjera odgovarajućih površinskih energija: PA / P 0 \u003d (A / 0) 1/2. Kada se krutine unište u prisutnosti smjesa dviju tekućih komponenata koje se razlikuju u adsorpcijskoj aktivnosti, čvrstoća se smanjuje što je veća koncentracija aktivnije komponente koja se pretežno adsorbira na površini loma.

Uspoređujući Griffithsovu vezu s Gibbsovom jednadžbom adsorpcije (pri malim koncentracijama) G \u003d - (RT) -1 d / dlnc, može se izravno povezati adsorpcija sa snagom P:

Rebinder efekt omogućio je smanjenje potrošnje energije za 20-30%, kao i dobivanje ultrafinih materijala za mljevenje, na primjer, cementa s posebnim svojstvima. Rebinder efekt koristi se i u obradi metala kada se u rashladno mazivo dodaju površinski aktivne tvari koje smanjuju čvrstoću u zoni rezanja. Surfaktanti se široko koriste u prehrambenoj industriji: za

smanjenje snage prilikom drobljenja zrna, za poboljšanje kvalitete pečenog kruha, za usporavanje procesa njegove zastoja; smanjiti ljepljivost tjestenine, povećati plastična svojstva margarina; u proizvodnji sladoleda; u proizvodnji slastica itd.