диспергирование
Различные технологические процессы включают в себя диспергирующее смешение.
При этом процесс смешения состоит из собственно смешения, в ходе которого увеличивается статистический беспорядок распределения компонентов смеси, и диспергирования — разрушения комков или агломератов диспергируемой фазы до частиц меньших размеров (в пределе — до молекулярных размеров) под действием напряжений сдвига, возникающих вследствие относительного движения в системе среда-частица.
Независимо от природы сил, связывающих элементарные образования в агломераты, их характеризуют двумя показателями: абсолютным значением и радиусом действия.
Для разрушения простейшего агломерата, состоящего из двух элементарных частиц, требуется, чтобы, во-первых, силы вязкого трения, возникающие на его поверхности, были больше сил взаимодействия частиц и, во-вторых, разделенные частицы были удалены друг от друга на расстояние, превышающее радиус действия сил сцепления. В противном случае они будут вновь агломерировать при уменьшении внешних сил, которое вызывается постоянным вращением агломерата в поле напряжения.
Для разрушения простейшего агломерата, состоящего из двух элементарных частиц, требуется, чтобы, во-первых, силы вязкого трения, возникающие на его поверхности, были больше сил взаимодействия частиц и, во-вторых, разделенные частицы были удалены друг от друга на расстояние, превышающее радиус действия сил сцепления. В противном случае они будут вновь агломерировать при уменьшении внешних сил, которое вызывается постоянным вращением агломерата в поле напряжения.
Таким образом, для отыскания оптимальных условий диспергирования необходимо определение сил вязкого трения, действующих на разрушаемый агломерат, и выявление начальной ориентации частицы, обусловливающей невозможность ее последующего агломерирования.
Анализ условий взаимодействия частицы с окружающей средой позволяет оценить силы, действующие на элементарные частицы, и получить уравнения, описывающие траектории их движения при разрушении агломерата, состоящего из двух сферических частиц определенного радиуса.
Из подобного анализа механизма диспергирования видно, что увеличение напряжений сдвига всегда способствует его интенсификации.
Кроме того, для каждой системы существует свое критическое напряжение сдвига, необходимое для начала диспергирования. При небольшом превышении критического значения, диспергирование распространяется только на наиболее крупные агломераты с благоприятной начальной ориентацией.
Кроме того, для каждой системы существует свое критическое напряжение сдвига, необходимое для начала диспергирования. При небольшом превышении критического значения, диспергирование распространяется только на наиболее крупные агломераты с благоприятной начальной ориентацией.
Как отмечалось выше, наряду с выравниванием концентраций диспергируемой фазы, смешение сопровождается и ее дроблением или измельчением.
Так, например, процесс смешения каучука с техническим углеродом состоит не только в равномерном распределении частиц наполнителя по всему объему полимера, одновременно происходит и измельчение частиц, при этом их конечные размеры определяют прочностные и другие эксплуатационные характеристики изделий.
Важно отметить, что размеры усиливающего наполнителя должны быть соизмеримы с размерами микродефектов, являющихся зародышами будущих очагов разрушения. Поэтому существует понятие оптимальной степени диспергирования, превышение которой ухудшает физико-механические характеристики композиционного материала.
Наряду со средним размером частиц наполнителя на качество наполненных материалов большое влияние оказывает также и его фракционный состав (распределение частиц по размерам). Следовательно, метод описания процесса диспергирования должен обеспечивать возможность расчета не только средних размеров частиц наполнителя, но и позволять оценивать их фракционный состав.
Для расчетной оценки среднего размера диспергированного наполнителя можно воспользоваться существованием корреляции между работой вязкого трения и работой диспергирования.