РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТИЧНЫХ МАСС
Реология — наука о деформациях и текучести вещества[9]. Деформацией называют относительное смещение частиц материального тела без нарушения непрерывности самого тела. Если деформация идет непрерывно, то это значит, что материал течет. Течение может быть вязким (ньютоновским), когда оно происходит под действием сил, как бы малы силы ни были. Отношение разности скоростей течения слоев жидкости к расстоянию между слоями выражается уравнением Ньютона:
Р = Ч(Д1//Д*). (IV.32)
Где р— давление; ті—динамическая вязкость, Па-с; 1 /т| — текучесть.
Так текут многие жидкости и жидкие среды.
Структурированные системы, к которым принадлежат огнеупорные массы, не подчиняются уравнению Ньютона.
По Бингаму, течение структурированной системы («тело Бинга - ма») начинается только тогда, когда под влиянием некоторого давления Рк, называемого пределом текучести, структура разрушается. Такое течение называют пластическим (бингамовским).
Считается, что структура «тела Бингама» под влиянием рк мгновенно и полностью разрушается, и «тело Бингама» превращается в жидкость:
Р = Рк + Ц (Л67Лх). (IV.33):
Во многих структурированных массах, например глиняных и других огнеупорных массах, мгновенного и полного разрушения структуры не наступает и процесс разрушения структуры идет постепенно («тело Шведова»),
На участке pmin — А происходит постепенное разрушение структуры и течение частично структурированной системы. Разрушения
Рис. IV.15. Реологические кривые твердообразных (пластических) систем. Зависимости от напряжения сдвига: |
Рис. IV.16. Кривые «скорость текучести (относительный сдвиг).— время» при постоянных величинах напряжения сдвига: |
"~Р<РкГ. б-Р>Ркі |
А — скорости текучести (относительного сдвига); б — вязкости
Структуры, однако, здесь незначительны, и при снятии давления структура тиксотропно (т. е. сама по себе) восстанавливается. При Рт структура разрушается полностью. На участке А—В происходит вязкое ламинарное течение, выше точки В турбулентное.
На кривых зависимости скорости течения и вязкости от давления отмечают следующие характерные точки (рис. IV.15): рк—условный статический предел текучести; рг, — условная граница неразрушенной структуры (проекция точки пересечения касательной с кривой).
На участке рК[—рґ структура изменяется незначительно. Вязкость массы в интервале этих значений давления называется шве-
*
Довскои, или максимально пластической вязкостью т)0.
Прн давлениях от рг, До pKj вязкость лавинообразно снижается. При давлениях более рКг падение вязкости выравнивается. Вязкость
При давлениях pKi—рт называют бингамовской, или наименьшей *
Пластической вязкостью цт.
Рк —условный динамический предел текучести (пересечение касательной с осью абсцисс).
Рт — условная граница предельно разрушенной структуры. Для ' огнеупорных глин рт« (85±25) кПа.
При усилиях сдвига более —0,1 МПа глиняная масса окончательно разрывается. Вязкость при больших давлениях не зависит от давления и остается постоянной (т|т).
Таким образом, «тело Шведова» характеризуется: 1) значениями вязкости — наибольшей вязкостью неразрушенной структуры, наименьшей ПОСТОЯННОЙ ДЛЯ ПОЛНОСТЬЮ разрушенной структуры Tim, и эффективной, или структурной вязкостью, которая в зависимости от приложенного давления может иметь наибольшие значения — шведовская ті0— или наименьшие гт — биигамовская:
Чо > ч! > п!» > .Чи - <IV-34)
2) граничными напряжениями — условной границей неразрушенной структуры рг> и условной границей предельно разрушенной
Структуры рт
3) пределами текучести — условным статическим pKi, условным динамическим и истинным рк.
Указанными характеристиками не исчерпываются реологические свойства пластичных масс. Образцы масс испытывают на деформацию прн нескольких постоянных давлениях на специальном приборе — эластовискозиметре. Ниже описан ход опыта. Пластинку из испытуемой массы толщиной 5—6 мм после вылеживания в эксикаторе над водой в течение суток сжимают сначала под нагрузкой 1 Н, замечают изменение деформации по времени. Затем снимают нагрузку и фиксируют деформацию без нагрузки. По этим данным строят график (рис. IV. 16). Также строят графики при других нагрузках.
Как только к образцу прикладывается нагрузка, мгновенно в течение долей секунды возникает деформация. Эту деформацию называют мгновенно-упругой Вудр. Она вполне обратима. Затем в течение 3—10 мин (при той же нагрузке) деформация замедляется и останавливается на определенном уровне.
Замедленная деформация состоит из эластической и пластической. Эластическая деформация вЭл при снятии нагрузки восстанавливается, а пластическая єПд не восстанавливается.
Упругая и эластическая деформации происходят без разрушения структуры массы, пластическая — с частичным разрушением структуры, но она не нарастает со временем и находится в тиксо - тронном равновесии:
Тиксотропное разжижение Ji тикостроииое упрочнение.
Общая деформация равиа сумме упругой, эластичной и пластичной:
В = Єупр + еэл + єпл' (І V. 35)
Свойства масс характеризуются тем, какая из трех видов деформации будет преобладать, какая будет на втором месте и какая самая меньшая. Очевидно, что количество структурных групп масс будет равно числу перестановок из трех: рз=31 = 1 -2-3=6.
Когда накоплены данные зависимости Єупр, еэл от нагрузки, строят соответствующие графики. Зависимость Јynp=f(p) изображается прямой линией, тангенс которой равен условно-мгновенному модулю упругости (сдвига) Е:
Јi=p/«w (iv-36)
Зависимость Јan = f(p) также изображается прямой, тангенс которой является эластическим модулем:
Зг = <IV-37)
Отношение
% = Е1ЦЕ1 + Е^ (IV.38)
Называют эластичностью массы. Для хорошо формующихся масс А. 35(0,6^0,65).
Из графика Дєпл/At= /(р) находят условный статический предел текучести рк (или рты) как отрезок иа оси р, соответствующий началу деформации.
Отношение
(IV. 39)
Есть наибольшая пластическая, или шведовская, вязкость.
В формулах ЁуПр, еЭл> єпл — относительная деформация, т. е. отношение абсолютной деформации к толщине деформируемого образца.
Отношение условного статистического предела текучести к шве - довской вязкости называют пластичностью по Волоровичу, с-1:
Пл = Рк'/^о - (IV. 40)
Для хорошо формующихся масс пластичность по Волоровичу больше (2,04-2,5) 10-® с-1.
И, наконец, отношение
Q = 40/(El + E2). (IV.41)
Называют периодом релаксации — это время, характеризующее скорость уменьшения до любых малых величин начального напряжения при постоянной величине деформации. Для огнеупорных масс 0> >(300—350) с.
Значение реологических характеристик пластичных масс заключается в том, что зависимость между напряжением сдвига и степенью разрушения структуры позволяет установить величину допускаемых напряжений сдвига в процессе формования. Реологические свойства масс изменяются в зависимости от влажности, зернового состава, кислотности и ПАВ.