В монографии рассмотрен механизм течения различных структурированных жидкостей, а именно, суспензий и эмульсий, растворов и расплавов полимеров, мицеллярных растворов и жидких кристаллов. Установлена связь между различными режимами течения и состоянием структуры вещества в стационарном и осциллирующем течении. Показаны способы интерпретации сложных реологических кривых, содержащих участки ньютоновского течения, сдвигового разжижения, сдвигового расслоения.

Изложенный материал позволяет существенно расширить междисциплинарный раздел физико-химической механики и коллоидной химии в различных направлениях науки. Представленная структурная модель объясняет с единой точки зрения вязкость и упругость дисперсных и полимерных систем и объединяет в себе гидродинамические представления и кинетические уравнения разрыва и формирования структуры в структурированных жидкостях, не прибегая к механическим моделям, а также к эмпирическим уравнениям со степенным законом.

Описано реологическое поведение некоторых композитных материалов, наножидкостей, электро- и магнитореологических жидкостей. В книге приведены табличные экспериментальные данные, позволяющие проверить выводы структурной реологической модели и сравнить ее уравнения с известными реологическими уравнениями неньютоновского течения.

Книга предназначена для ученых и специалистов, аспирантов профессионально занимающихся реологией структурированных систем: от геофизических явлений, связанных с течением ледников, подвижками горных систем; материаловедения, в том числе и полимерных материалов всех типов; строительными материалами; исследованиями и производством пищевых продуктов, созданием косметических и фармацевтических форм; в области переработки бытовых и опасных отходов, также исследованиями в медицине, связанными с измерениями и трактовкой гемореологии крови и микрофлюидики взаимодействия клеток in vitrio.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

В этой книге рассмотрены проблемы неньютоновского течения структурированных жидкостей. К ним относятся суспензии, эмульсии, растворы и расплавы полимеров, мицеллярные растворы и жидкие кристаллы. Такие жидкости текут не по закону Ньютона, величины их вязкости и упругости зависят от скорости течения. По замыслу и содержанию книга находится на границе между коллоидной химией, реологией и физикохимией полимеров.

В отличие от большинства научных монографий представленная работа не является обзором современных достижений в указанных областях знания. Она не претендует на максимальный охват накопленного за десятилетия экспериментального материала и демонстрацию достижений теории. Ее цель показать возможности структурного подхода при описании сложных жидкостей, развиваемого авторами на протяжении десятилетий. Установление связи между структурой вещества, вязкостью и упругостью позволяет с единой точки зрения описать различные структурированные жидкости.

Полученные нами реологические уравнения описывают различные режимы стационарного и осциллирующего течения, не прибегая к механическим моделям «пружина-демпфер» или к полуэмпирическим моделям, включающим степенной закон.

Ключевым моментом в изложении материала является сочетание гидродинамического описания течения и кинетических уравнений разрушения и формирования структуры. Реологические уравнения позволяют интерпретировать различные по форме участки реологических кривых.

Таким образом, в книге представлено новое описание и объяснение уже известных экспериментальных результатов.

В первой части монографии дается краткий обзор необходимых сведений о характере течения структурированных жидкостей.

Во второй части представлена структурная реологическая модель для стационарного течения. Рассмотрены основные реологические явления: сдвиговое разжижение, возникновение нормальных напряжений, сдвиговое затвердевание, сдвиговое расслоение, срыв течения, возникновение ньютоновского поведения при низких и высоких скоростях сдвига.

Отдельная глава посвящена тиксотропным свойствам.

В третьей части структурная модель используется для описания осциллирующего течения. Рассматривается зависимость динамических модулей от частоты при фиксированной амплитуде деформации и зависимость динамических модулей от амплитуды при фиксированной частоте.

Четвертая часть содержит анализ различных реологических кривых, полученных для типичных структурированных жидкостей (суспензии, растворы полимеров и т. п.). Описаны некоторые практически важные системы: полимерные композиты, наножидкости, жидкие кристаллы, электро- и магнитореологические жидкости, нефть и буровые растворы, пищевые продукты с аномальной вязкостью.

В книге используется международная система единиц измерения (СИ), за исключением особо оговоренных случаев. Публикации авторов по тематике монографии приводятся отдельно в конце книги.

Авторы надеются, что новый взгляд на реологию структурированных жидкостей будет интересен специалистам в области реологии, коллоидной химии и физико-химической механики, физики жидких кристаллов.