Физико-химическая динамика дисперсных систем и материалов. Фундаментальные аспекты, технологические приложения

Н.Б. УРЬЕВ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ 
ДИНАМИКА ДИСПЕРСНЫХ 
СИСТЕМ И МАТЕРИАЛОВ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ,  
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ

Н.Б. Урьев
Физикохимическая динамика дисперсных систем и материалов.
Фундаментальные аспекты, технологические приложения: Учебное пособие /Н.Б. Урьев – Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект»,
2013. – 232 с.: цв. ил.
ISBN 9785915591560

                        © 2013, Н.Б. Урьев
                         © 2013, ООО «Издательский Дом
«Интеллект», оригиналмакет,
оформление

ISBN 9785915591560

Учебное пособие посвящено новой быстро развивающейся области физической
химии и химической технологии дисперсных систем и материалов – физикохимической динамике. В отличие от традиционного подхода к изучению дисперсных систем и образуемых в результате их отверждения дисперсных материалов преимущественно в статических условиях, в предлагаемой читателю книге впервые
теоретически и экспериментально обоснован и реализован принципиально новый
подход к процессам структурообразования в дисперсных системах и «синтеза» на
их основе материалов в динамических условиях.
В основе этого подхода лежит изучение динамики контактных взаимодействий
между частицами дисперсных фаз в жидких и газовых дисперсионных средах, процессов структурообразования и разрушения дисперсных структур в динамических
условиях, преимущественно при осцилляции, в сочетании с введением добавок
различных видов поверхностноактивных веществ. Теоретически обоснованы и
экспериментально определены оптимальные параметры сочетания механических
воздействий и добавок поверхностноактивных веществ, обеспечивающие максимальную текучесть высоконаполненных и высокодисперсных (включая нанодисперсные) систем. Это позволяет на порядки величин интенсифицировать разнообразные процессы, осуществляемые с участием дисперсных систем при
одновременном снижении энергоёмкости этих процессов. При этом обеспечивается максимально высокая степень однородности образующихся структур в дисперсных системах и материалах.
В учебном пособии представлены методы структурной виброреологии, осуществлено аппаратурное оформление ряда технологических процессов, в том числе с
переходом от периодических к непрерывным высокоскоростным методам получения дисперсных систем и материалов.
Учебное пособие предназначено для студентов и аспирантов высших учебных
заведений, научных работников и инженеров, работающих в прикладных областях, связанных с разработкой и применением дисперсных систем и материалов для
дорожного строительства, энергетики, химических технологий и ряда отраслей
промышленности.

 Атомные (точечные)
(в высокодисперсных
порошках)

fcц
10
–6 Н
Тип А

fcц
10
–8 Н
Тип Б

Коагуляционные
(в пастах и суспензиях)

Дисперсные системы
(с обратимыми
по прочности контактами)

Фазовые и химические
превращения

Полимеризация

Кристаллизация
(из пресыщенных
растворов или
расплавов)

Спекание,
пластическая
деформация

Удаление
дисперсионной
среды

Дисперсные материалы
(контакты необратимо
разрушающиеся с
ц ≫
fc
10–6 Н)

Асфальтобетон,
наполненные
полимеры, лаки,
краски, цементные
бетоны

Керамика,
абразивные и другие
обжиговые
материалы

Бумага, картон,
(контакты
переплетения)

!"#!$

Ж

Г

Т
ТГ
ТЖ

ЖГ

а

Ж

Г

Т
ТГ
ТЖ

ЖГ

б

+"*!" *%+""#$,+%-+&"+' .+/012*%+""#3' 00
1
2
3
4

s
const

s

s = (.)
f

s

~ R
а
б
в

!"#$


Динамическое
воздействие

а
б

!"#$%&'(' ')*+'(&"'"

'(' )*+'(&"'"
&,*-+)*&'.'$*'./
&$-+0!'& $&'.'$
&1023'()4


!!"!!#"$%
$$&'(

 !!"#$h

F, v

S

Исследуемая
система

F, v

h

Испытуемый
образец

L

Ra

Ri

Ra
Ra

Rc

RT

a

a

Испытуемый
образец

R

h

Испытуемый
образец

1

2
3
4

5

6

7

14

13

11

8
9

12

10

15

:!"#5##$!"#5
/&7/&#)'0#)!;'&2 *#3

!"#$

%&''#   ($

30 мкм

а
б
в

а
б

в
г

<'/.)7/#= /)
%#)0#6 7#'2> )'


 Р

Р

?#$!"#5#/&7/&$)*)# 
$#/&0.0#)!;'702*#>#3

а
б

в
г

Fn

Sk

h0
hm


1 мкм
1 мкм

б
а

B6 # #)/ 7)# %&'()*'
,-.#/ 02/%02'/50

 t = 0 c
t = 0,05 c

t = 0,3 c
t = 0,5 c


4CDE
FC
!"#$а
б

%##$#&#$'()*+
!"!#1
2
3

13
5 6
7 8 9

10

14

12 11
15
16
4

9

19

18

17

7
11
20
21

а
б

$%$$&'()*&)+),-./01,&)2&3-4*)&2
+.4)5)5)-67-2&1&)+3--.84'4*7-91/

!"!
!#$#%&'(

3

2

2
2
1

1

1

4
4

5

6

7



!"#$%!"#$$!$%"&

2,0

5,0

7,5

10 0,

1
2
3
4
5
6
q, см /с
3

}

Р, мПа
4

3

2

КЦК

1

Цементный
камень

 $:(&391+-.7;327&13<.
535*&1;7&+.4)5)-3*)<-7--.8
+.4)5),14*7&4-.85);*)912)+


а
б

$::)+./+1,5);*)9161)--)0);327&13<3
,<=,)&)>-)0)42&)127<?42+3!
34@3<?2)(72)-4-3-),14*7&4-.;
1*)<1;7&-.;5);*)-7-23;1

!"#
I
Непосредственный
атомный контакт

Порошки

II
Коагуляциоонный
контакт

III
Фазовый контакт

Пасты или суспензии
Отвержденные
материалы

P, c1
c2
G
f
< силы взаимодействия
Частицы слипаются

cц

d
d
c

G
f
> силы взаимодействия
Частицы не слипаются

cц

d
d
c

G

G

lg d /d
t

0

m

Pm
0
≫

Традиционное
представление

Pm
0
lg d /d
t

0

m

Реальная картина

Pm
0
+

Pm
0
≫

P, c1
c2
. = 35

. = 35

. = 0

a = 1 мм
f = 50 Гц

1

2

3

a
= 10 % <
c2

б
=
%
22
c2

в
=
% >
28,5
c2

а
b
c

Отталкивание
Притяжение

Энергетический
барьер

Ближняя
коагуляция

Дальняя
коагуляция

Ближняя
потенциальная яма

Дальняя
потенциальная яма
h1
h2

Возможный эффект вибрации
и сдвиговой деформации

Сдвиг
Сдвиг

Сдвиг
Вибрация
ПАВ