To je adsorpciono smanjenje čvrstoće - promjena mehaničkih svojstava čvrstih tvari zbog fizičko-hemijskih procesa koji uzrokuju smanjenje površinske (međufazne) energije tijela. U slučaju kristalne čvrste supstance, osim smanjenja površinske energije, za ispoljavanje Rehbinderovog efekta važno je i da kristal ima strukturne defekte neophodne za nastanak pukotina, koje se potom šire pod uticajem medija. . U polikristalnim čvrstim materijama, takvi defekti su granice zrna: 350. Manifestuje se smanjenjem čvrstoće i pojavom lomljivosti, smanjenjem trajnosti i olakšavanjem disperzije. Da bi došlo do Rebinder efekta, neophodni su sljedeći uslovi:
- Dodirivanje čvrstog i tečnog medija
- Prisutnost vlačnih napona
Glavne karakteristike koje razlikuju Rehbinderov efekat od drugih pojava, kao što su korozija i otapanje, su sljedeće:337:
- brzo pojavljivanje - odmah nakon kontakta tijela sa okolinom
- dovoljnost oskudnog volumena tvari koja djeluje na čvrstu supstancu, ali samo uz istodobno mehaničko djelovanje
- vraćanje tijela na početne karakteristike nakon uklanjanja medija
Primjeri Rebinder efekta
Napišite recenziju o članku "Rebinder Effect"
Bilješke
Književnost
- Getsov G.G. Kapljica dlijeta kamen // Hemija i život. - 1972. - br. 3. - S. 14-16.
- S. V. Gračev, V. R. Baraz, A. A. Bogatov, V. P. Shveikin. "Nauka o fizičkim materijalima"
Linkovi
- na YouTube-u
Odlomak koji opisuje Rebinder efekat
– „U našu prestonicu majku, Moskvu.Neprijatelj je sa velikim snagama ušao u Rusiju. Upropastiće nam dragu otadžbinu“, marljivo je čitala Sonja svojim tankim glasom. Grof je, sklopivši oči, slušao, na nekim mjestima impulsivno uzdišući.
Nataša je sedela ispružena, tražeći i direktno gledajući prvo u oca, a zatim u Pjera.
Pjer je osetio njen pogled na sebi i pokušao da se ne osvrće. Grofica je s neodobravanjem i ljutito odmahivala glavom na svaki svečani izraz manifesta. U svim ovim riječima samo je vidjela da opasnosti koje prijete njenom sinu neće uskoro prestati. Šinšin je, sklopivši usta u podrugljiv osmeh, očigledno bio spreman da se ruga onome što će se prvo ismejati: Sonjinom čitanju, onome što bi grof rekao, čak i na samu žalbu, ako se ne nađe bolji izgovor.
Pročitavši o opasnostima koje prijete Rusiji, o nadama koje suveren polaže Moskvi, a posebno slavnom plemstvu, Sonja je drhtavim glasom koji je dolazio uglavnom od pažnje s kojom su je slušali pročitala posljednje riječi: “ Nećemo oklijevati da stanemo među naš narod.” u ovoj prijestolnici i na drugim mjestima naše države radi savjetovanja i vođenja svih naših milicija, koje sada blokiraju puteve neprijatelju, a opet se organiziraju da ga poraze, gdje god se pojavi. Neka mu se na glavu sruši uništenje u koje zamišlja da nas baca, a Evropa oslobođena ropstva neka uzvisi ime Rusije!"
- To je to! - povikao je grof, otvorivši vlažne oči i nekoliko puta zastajkujući od šmrcanja, kao da mu se na nos prinosi boca jake sirćetne soli. „Samo mi recite, gospodine, sve ćemo žrtvovati i ni za čim ćemo požaliti.”
Šinšin još nije stigao da ispriča vic koji je pripremio za grofov patriotizam, kada je Nataša skočila sa svog mesta i pritrčala ocu.
- Kakav šarm, ovaj tata! - rekla je, ljubeći ga, i ponovo je pogledala Pjera sa onom nesvjesnom koketnošću koja joj se vratila uz njenu animaciju.
- Tako patriotski! - rekao je Šinšin.
„Uopšte nije patriota, već samo...“ uvređeno je odgovorila Nataša. - Sve ti je smešno, ali ovo uopšte nije šala...
- Kakve šale! - ponovio je brojanje. - Samo reci, idemo svi... Nismo mi neki Nemci...
"Jeste li primijetili", reče Pjer, "da piše: "za sastanak."
- Pa, za šta god da je...
U to vreme Petja, na koga niko nije obraćao pažnju, priđe ocu i sav crven, lomljivim, ponekad grubim, ponekad tankim glasom, reče:
„E, sad ću, tata, odlučno reći - a i mama, šta god hoćeš - odlučno ću reći da ćeš me pustiti u vojnu službu, jer ja ne mogu... to je sve...
Grofica je užasnuto podigla oči prema nebu, sklopila ruke i ljutito se okrenula mužu.
- Pa sam pristao! - ona je rekla.
Ali grof se odmah oporavio od svog uzbuđenja.
„Pa, dobro“, rekao je. - Evo još jednog ratnika! Prestanite sa glupostima: morate učiti.
- Ovo nije glupost, tata. Fedya Obolensky je mlađi od mene i takođe dolazi, i što je najvažnije, još uvijek ne mogu naučiti ništa sada... - Petja je zastao, pocrvenio dok se nije oznojio i rekao: - kada je otadžbina u opasnosti.
- Potpuna, potpuna, glupost...
- Ali sami ste rekli da ćemo sve žrtvovati.
„Petija, kažem ti, umukni“, viknuo je grof, osvrćući se na svoju ženu, koja je, prebledeći, uprtim očima gledala svog najmlađeg sina.
- A ja ti kažem. Tako će Pyotr Kirillovich reći...
„Kažem ti, gluposti su, mlijeko se još nije osušilo, ali hoće u vojsku!“ Pa, dobro, kažem ti”, i grof, ponevši papire sa sobom, verovatno da ih ponovo pročita u kancelariji pre odmora, izađe iz sobe.
- Pjotre Kiriloviču, hajde da popušimo...
Pjer je bio zbunjen i neodlučan. Natašine neobično blistave i živahne oči, koje su ga neprestano gledale više nego umiljato, dovele su ga u ovo stanje.
- Ne, mislim da ću ići kući...
- To je kao da idete kući, ali ste hteli da provedete veče sa nama... A onda ste retko dolazili. A ova moja...” rekao je grof dobrodušno, pokazujući na Natašu, “vesela je samo kad je s tobom...”
„Da, zaboravio sam... Definitivno moram da idem kući... Stvari koje treba uraditi...” žurno je rekao Pjer.
"Pa, zbogom", rekao je grof, potpuno napuštajući sobu.
- Zašto odlaziš? Zašto si uznemiren? Zašto?..” upitala je Nataša Pjera gledajući ga prkosno u oči.
Pored djelovanja kemijskih procesa koji utiču na svojstva površine i interakciju trenja između čvrstih tijela, postoji otvoren i proučavan P.A. Rebinder je slično mazivo, zbog čisto molekularne interakcije maziva sa čvrstim površinama, nazvane “Rebinder efekt”.
Prava čvrsta tijela imaju i površinske i unutrašnje strukturne defekte. Takvi defekti u pravilu imaju višak slobodne energije. Zbog fizičke adsorpcije molekula surfaktanata (tenzida) dolazi do nivoa slobodne površinske energije čvrstog tijela na mjestima njihovog slijetanja. Ovo smanjuje radnu funkciju dislokacija koje dopiru do površine. Surfaktanti prodiru u pukotine i u interkristalni prostor, vršeći mehanički učinak na njihove zidove i, gurajući ih, dovode do krtog pucanja materijala i smanjenja čvrstoće kontaktnih tijela. A ako se takvi procesi razvijaju samo na izbočinama kontaktnih tijela, smanjujući otpor na smicanje nepravilnosti ovog materijala, onda općenito ovaj proces dovodi do zaglađivanja površine, smanjenja specifičnog tlaka u kontaktnoj zoni i općenito
smanjenje trenja i habanja tijela koja trljaju. Ali ako se normalna opterećenja trenja značajno povećaju, visoki specifični pritisci se šire po cijelom području konture, omekšavanje materijala nastaje na velikoj površini površine i dovodi do njegovog vrlo brzog uništenja.
Rehbinderov efekat se široko koristi kako u razvoju maziva (za to se u mazivo uvode posebni surfaktanti), tako i za olakšavanje deformacije i obrade materijala u proizvodnji dijelova strojeva (za to se koriste posebna maziva i emulzije u koriste se tečnosti za rezanje).
Rebinder efekat se javlja na širokom spektru materijala. To uključuje metale, kamenje, staklo, elemente mašina i opreme. Medij koji uzrokuje smanjenje čvrstoće može biti plinovit ili tekući. Često rastopljeni metali mogu djelovati kao surfaktanti. Na primjer, bakar koji se oslobađa kada se klizni ležaj topi postaje surfaktant za čelik. Prodirući u pukotine i međukristalni prostor osovina vagona, ovaj proces uzrokuje krto razaranje osovina i uzrokuje nezgode u transportu.
Ne obraćajući dužnu pažnju na prirodu procesa, često smo počeli da se susrećemo sa primerima gde amonijak izaziva pucanje mesinganih delova, gasoviti produkti sagorevanja naglo ubrzavaju proces uništavanja lopatica turbine, rastopljeni magnezijev hlorid destruktivno deluje na nerđajuće čelike visoke čvrstoće i niz drugih. Poznavanje prirode ovih fenomena otvara mogućnosti za konkretno rješavanje pitanja povećanja otpornosti na habanje i uništavanja kritičnih dijelova i sklopova mašina i opreme, a uz pravilnu upotrebu Rehbinderovog efekta, povećanje produktivnosti opreme za obradu i efikasnosti korištenjem frikcionih parova, tj. za uštedu energije.
Za ravnotežno stanje sistema razmatrani su fenomeni vlaženja. U uslovima ležišta, uočavaju se nestabilni procesi koji se dešavaju na granici. Zbog istiskivanja nafte vodom, formira se pokretni trofazni perimetar vlaženja. Kontaktni ugao se menja u zavisnosti od brzine i pravca kretanja tečnosti (tečni meniskus, slika 5.5) u kanalima i pukotinama.
Slika 5.5 – Šema promjene uglova vlaženja pri promeni smera kretanja meniskusa u kapilarnom kanalu: 1 – napredovanje, 2 – povlačenje uglova vlaženja kada se meniskus voda-ulje kreće u cilindričnom kanalu sa hidrofilnom površinom ( – statički ugao vlaženja)
Kinetic histereza vlaženja uobičajeno je nazvati promjenu kontaktnog kuta kada se kreće duž čvrste površine perimetra trofaznog vlaženja. Visina histereze zavisi od:
na smjer kretanja perimetra vlaženja, tj. o tome da li je voda istisnuta s čvrste površine uljem ili ulje vodom;
brzina kretanja trofaznog interfejsa na čvrstoj površini;
hrapavost tvrde površine;
adsorpcija na površini tvari.
Pojave histereze javljaju se uglavnom na hrapavim površinama i molekularne su prirode. Na poliranim površinama histereza je slabo izražena.
5.6 Svojstva površinskog fluida
Postoje različite pretpostavke o strukturi površinskog sloja.
Mnogi istraživači koji proučavaju strukturu i debljinu tankih slojeva tečnosti povezuju formiranje slojeva zidova sa polarizacijom molekula i njihovu orijentaciju od površine čvrste materije ka unutrašnjim delovima tečnosti sa formiranjem solvatnih 1 slojeva.
Slojevi nafte u kontaktu sa stenama formacije imaju posebno složenu strukturu, jer je interakcija tenzida sa mineralima veoma raznolika.
Primećeno je, na primer, da se reagensi koji se koriste u tehnologiji flotacije mogu fiksirati na površini minerala kako u obliku običnih trodimenzionalnih filmova koji formiraju nezavisnu fazu na površini mineralnih čestica, tako i u obliku površinski spojevi koji nemaju specifičan sastav i ne formiraju zasebnu nezavisnu fazu.
Konačno, reagensi se mogu koncentrirati u difuzijskom dijelu električnog dvostrukog sloja, a ne na samom faznom interfejsu.
Čini se da su komponente surfaktanta uvijek koncentrisane ne samo na površini, već iu trodimenzionalnom volumenu blizu granice.
Mnogi istraživači su pokušali da izmjere debljinu filma različitih tekućina na čvrstim tvarima. Na primjer, prema rezultatima mjerenja B.V. Deryagina i M.M. Kusakova, debljina vlažećih filmova vodenih otopina soli na različitim čvrstim ravnim površinama je oko 10-5 cm (100 im). Ovi se slojevi razlikuju od ostatka tečnosti po strukturi i mehaničkim svojstvima - elastičnosti na smicanje i povećanom viskozitetu. Utvrđeno je da se svojstva tečnosti u površinskom sloju takođe menjaju usled njene kompresije. Na primjer, gustina vode adsorbirane silika gelom, prema nekim mjerenjima, iznosi 1027-1285 kg/m3.
Posebna svojstva imaju i adsorpcione i povezane solvacione ljuske na međufaznim sučeljima u naftnom ležištu. Neke komponente ulja mogu formirati gelasto strukturirane adsorpcijske slojeve (sa neobičnim - anomalnim svojstvima) sa visokim strukturnim viskozitetom, a pri visokim stupnjevima zasićenosti adsorpcionog sloja - sa elastičnošću i mehaničkom čvrstoćom na smicanje.
Istraživanja pokazuju da sastav površinskih slojeva na granici ulje-voda uključuje naftenske kiseline, niske molekularne smole, koloidne čestice visokomolekularnih smola i asfaltena, parafinske mikrokristale, kao i čestice mineralnih i ugljičnih suspenzija. Pretpostavlja se da je površinski sloj na granici ulje-voda nastao kao rezultat akumulacije mineralnih i ugljičnih čestica, kao i mikrokristala parafina pod utjecajem selektivnog vlaženja hidrofilnih područja njihove površine vodenom fazom. Asfaltno-smolaste tvari adsorbirane na istoj površini sučelja, pretvarajući se u gelasto stanje, cementne čestice parafina i minerala u jedan monolitni sloj. Površinski sloj se još više zgušnjava zbog solvatizacije gelova asfaltno-smolastih tvari iz uljne faze.
Posebna strukturna i mehanička svojstva površinskih slojeva određuju stabilizaciju različitih sistema, a posebno visoku stabilnost nekih vodeno-uljnih emulzija.
Postojanje adsorpcionih slojeva na granici zaostalih voda-nafta takođe očigledno ima retardirajući efekat na procese mešanja vode ubrizgane u rezervoar sa zaostalom vodom.
5.7 Efekat klinanja tankih slojeva tečnosti.
Deryaginovi eksperimenti. Rebinder efekat
Tečnost koja kvasi čvrsto tijelo, prodirući u tanke pukotine, može imati ulogu klina i razmaknuti njegove zidove, tj. tanki slojevi tečnosti imaju efekat klinanja 2. Ovo svojstvo tankih slojeva se manifestuje i kada se čvrste površine uronjene u tečnost približavaju jedna drugoj. Prema istraživanju B.V. Deryagina, efekat klinanja nastaje pod uslovom da je debljina sloja h tečnost koja odguruje površinu pukotine je manja od određene vrijednosti h kr. At h > h kr efekat klinanja je nula i na h < h kr povećava se sa smanjenjem debljine sloja tečnosti, tj. od trenutka h ≤ h kr Da bi se površine čestica približile jedna drugoj, na njih se mora primijeniti vanjsko opterećenje.
Faktori koji stvaraju klinasto djelovanje su sile jonsko-elektrostatičkog porijekla i posebno stanje agregacije polarnih tekućina u blizini graničnih površina.
Ranije je spomenuto da se svojstva sloja solvata na površini čvrste tvari oštro razlikuju od svojstva ostatka tekućine. Ovaj (solvatni) sloj se može smatrati posebnom graničnom fazom. Stoga, kada se čestice približavaju jedna drugoj na udaljenosti manjoj od dvostruke debljine slojeva solvata, na čestice se mora primijeniti vanjsko opterećenje.
Razdvojni pritisak jonsko-elektrostatičkog porekla nastaje usled promene koncentracije jona u sloju koji razdvaja čestice iu rastvoru koji ih okružuje.
Prema rezultatima eksperimenta, efekat klinanja je veći što je jača veza između tečnosti i površina čvrste materije. Može se poboljšati uvođenjem surfaktanata u tekućinu koji se dobro adsorbiraju na površini čvrste tvari. Rebinder efekat se zasniva na ovom fenomenu. Njegova suština leži u činjenici da male količine surfaktanata uzrokuju oštro pogoršanje mehaničkih svojstava krutine. Adsorpciono smanjenje čvrstoće čvrstih materija zavisi od mnogih faktora. Povećava se ako je tijelo izloženo vlačnim silama i ako tekućina dobro navlaži površinu.
Efekat smanjenja čvrstoće adsorpcije koristi se kod bušenja bunara. Kada se kao tekućine za bušenje koriste otopine koje sadrže posebno odabrane tenzide, bušenje tvrdih stijena je značajno olakšano.
Pjotr Aleksandrovič REBINDER (03.X.1898-12.VII.1972), sovjetski fizikalni hemičar, akademik Akademije nauka SSSR od 1946 (član dopisni od 1933), rođen je u Sankt Peterburgu. Diplomirao na Fizičko-matematičkom fakultetu Moskovskog univerziteta (1924). Godine 1922-1932. radio je u Institutu za fiziku i biofiziku Akademije nauka SSSR-a i istovremeno (1923-1941) - na Moskovskom državnom pedagoškom institutu. K. Liebknecht (od 1923. - profesor), od 1935. - šef katedre za disperzne sisteme Koloidnog elektrohemijskog instituta (od 1945. - Institut za fizičku hemiju) Akademije nauka SSSR-a, od 1942. - šef katedre koloidne hemije na Moskovskom univerzitetu.
Rehbinderovi radovi su posvećeni fizičkoj hemiji disperznih sistema i površinskih fenomena. Naučnik je 1928. otkrio fenomen smanjenja čvrstoće čvrstih tijela zbog reverzibilnog fizičko-hemijskog utjecaja okoline na njih (Rehbinderov efekat) i 1930-1940-ih. razvili načine za olakšavanje obrade vrlo tvrdih i teško rezanih materijala.
Otkrio je elektrokapilarni efekat plastifikacije metalnih monokristala tokom procesa puzanja tokom polarizacije njihove površine u rastvorima elektrolita, proučavao karakteristike vodenih rastvora surfaktanata, uticaj adsorpcionih slojeva na svojstva disperznih sistema, identifikovao (1935. -1940) glavni principi formiranja i stabilizacije pena i emulzija, kao i proces preokreta faze u emulzijama.
Naučnik je otkrio da akcija čišćenja uključuje složen skup koloidnih hemijskih procesa. Rebinder je proučavao procese formiranja i strukture micela surfaktanata, razvio ideje o termodinamički stabilnoj miceli sapuna s liofobnim unutrašnjim jezgrom u liofilnom okruženju. Naučnik je odabrao i opravdao optimalne parametre za karakterizaciju reoloških svojstava disperznih sistema i predložio metode za njihovo određivanje.
Naučnik je 1956. otkrio fenomen adsorpcionog smanjenja čvrstoće metala pod uticajem taline metala. 1950-ih godina naučnici su stvorili novu oblast nauke - fizičku i hemijsku mehaniku. Kao što je sam Rehbinder napisao: „Krajnji zadatak fizičke i hemijske mehanike je da razvije naučne osnove za dobijanje čvrstih tela i sistema sa datom strukturom i mehaničkim svojstvima. Stoga je zadatak ovog područja stvaranje optimalno usmjerene tehnologije za proizvodnju i preradu u suštini svih građevinskih i konstrukcijskih materijala savremene tehnologije - betona, metala i legura, posebno otpornih na toplinu, keramike i kermeta, gume, plastike, itd. maziva.
Od 1958. Rebinder je bio predsjednik Naučnog vijeća Akademije nauka SSSR-a za probleme fizičke i hemijske mehanike i koloidne hemije, a zatim (od 1967.) predsjednik Nacionalnog komiteta SSSR-a pri Međunarodnom komitetu za površinski aktivne tvari. Od 1968. do 1972. bio je glavni urednik Colloid Journala. Naučnik je dobio dva Lenjinova ordena, imao je titulu Heroja socijalističkog rada (1968), dobitnik Državne nagrade SSSR-a (1942).
Rehbinderov efekat, efekat adsorpcije smanjuje čvrstoću čvrstih materija, olakšava deformaciju i uništavanje čvrstih materija usled reverzibilnog fizičko-hemijskog uticaja okoline. Otkrio ga je P. A. Rebinder (1928) dok je proučavao mehanička svojstva kalcita i kristala kamene soli. Moguće kada čvrsto tijelo u napregnutom stanju dođe u kontakt sa tekućim (ili plinovitim) adsorpcijski aktivnim medijem. Rehbinderov efekat je vrlo univerzalan - opažen je u čvrstim metalima, ionskim, kovalentnim i molekularnim mono- i polikristalnim tijelima, staklima i polimerima, djelomično kristaliziranim i amorfnim, poroznim i čvrstim. Glavni uslov za ispoljavanje Rebinder efekta je srodna priroda kontaktnih faza (čvrsta i srednja) u smislu hemijskog sastava i strukture. Oblik i stepen ispoljavanja efekta zavise od intenziteta međuatomskih (međumolekularnih) interakcija susednih faza, veličine i vrste napona (potrebna su vlačna naprezanja), brzine deformacije i temperature. Bitnu ulogu igra stvarna struktura tijela - prisutnost dislokacija, pukotina, stranih inkluzija itd. Karakterističan oblik manifestacije Rebinder efekta je višestruki pad snage, povećanje krhkosti čvrstog tijela. , i smanjenje njegove trajnosti. Dakle, cink ploča navlažena živom ne savija se pod opterećenjem, već se lomi. Drugi oblik manifestacije je plastificirajući učinak medija na čvrste materijale, na primjer, vodu na gips, organske tenzide na metale, itd. rezultat smanjenja slobodne površinske energije čvrstog tijela pod utjecajem okoline. Molekularna priroda efekta sastoji se u olakšavanju kidanja i preuređivanja međumolekularnih (interatomskih, ionskih) veza u čvrstoj tvari u prisutnosti adsorpcijski aktivnih i, u isto vrijeme, dovoljno pokretnih stranih molekula (atoma, jona).
Najvažnije oblasti tehničke primene su olakšavanje i unapređenje mehaničke obrade različitih (posebno veoma tvrdih i teških za obradu) materijala, regulisanje procesa trenja i habanja korišćenjem maziva, efikasno dobijanje drobljenih (u prahu) materijala, dobijanje čvrstih materija i materijala sa datim disperziranu strukturu i potrebnu kombinaciju mehaničkih i drugih svojstava dezagregacijom i naknadnim zbijanjem bez unutrašnjih naprezanja. Adsorpciono aktivno okruženje takođe može prouzrokovati značajnu štetu, na primer, smanjenje čvrstoće i izdržljivosti mašinskih delova i materijala u radnim uslovima. Uklanjanje faktora koji doprinose ispoljavanju Rebinder efekta u ovim slučajevima omogućava zaštitu materijala od nepoželjnih uticaja okoline.
Čak i najjača tijela imaju ogroman broj nedostataka, koji slabe njihovu otpornost na opterećenje i čine ih manje jakim u odnosu na ono što teorija predviđa. Prilikom mehaničkog razaranja čvrstog tijela proces počinje od mjesta gdje se nalaze mikrodefekti. Povećanje opterećenja dovodi do razvoja mikropukotina na mjestu defekta. Međutim, uklanjanje opterećenja dovodi do obnavljanja izvorne strukture: širina mikropukotine je često nedovoljna da se u potpunosti prevladaju sile međumolekularne (interatomske) interakcije. Smanjenje opterećenja dovodi do "smanjivanja" mikropukotine, sile međumolekularne interakcije se gotovo potpuno obnavljaju, a pukotina nestaje. Stvar je također u tome da je stvaranje pukotine formiranje nove površine čvrstog tijela, a takav proces zahtijeva utrošak energije jednak energiji površinske napetosti pomnoženoj s površinom ove površine. Smanjenje opterećenja dovodi do „smanjivanja“ pukotina, jer sistem teži da smanji energiju pohranjenu u njemu. Stoga je za uspješno uništavanje čvrste tvari potrebno nastalu površinu premazati posebnom supstancom zvanom surfaktant, koja će smanjiti rad savladavanja molekularnih sila pri formiranju nove površine. Surfaktanti prodiru u mikropukotine, pokrivaju njihove površine slojem debljine samo jednu molekulu (što omogućava upotrebu vrlo malih količina aditiva ovih supstanci), sprečavajući proces „kolapsa“, sprečavajući nastavak molekularne interakcije.
Surfaktanti, pod određenim uslovima, olakšavaju mlevenje čvrstih materija. Vrlo fino (sve do veličine koloidnih čestica) mljevenje čvrstih tvari općenito je nemoguće postići bez dodavanja tenzida.
Sada ostaje zapamtiti da uništavanje čvrstog tijela (tj. stvaranje novih mikropukotina) počinje upravo od mjesta gdje se nalazi defekt u strukturi ovog tijela. Osim toga, dodani surfaktant se također adsorbira pretežno na mjestima defekata - čime se olakšava njegova adsorpcija na zidovima budućih mikropukotina. Navedimo riječi akademika Rebindera: „Odvajanje dijela događa se upravo na tim slabim tačkama [lokacija defekata], te, shodno tome, male čestice tijela nastale prilikom mljevenja više ne sadrže ove najopasnije nedostatke. Da budemo precizniji, vjerovatnoća da ćete naići na opasnu slabu tačku postaje manja što je manja njena veličina.
Ako mljevenjem stvarnog čvrstog tijela bilo koje prirode dođemo do čestica čije su dimenzije približno jednake udaljenostima između najopasnijih defekata, tada takve čestice gotovo sigurno neće sadržavati opasne strukturne defekte, one će postati mnogo jače od velikih uzoraka. istog samog tijela. Shodno tome, potrebno je samo zdrobiti čvrsto tijelo na dovoljno male komade, a ovi komadi iste prirode, istog sastava, bit će najizdržljiviji, gotovo idealno jaki.
Zatim se te homogene čestice bez defekata moraju spojiti, od njih se mora napraviti čvrsto (visoke čvrstoće) tijelo potrebne veličine i oblika, čestice se moraju natjerati da se čvrsto zbije i jako čvrsto sjedine jedna s drugom. Dobivena mašina ili građevinski dio mora biti mnogo jači od originalnog materijala prije brušenja. Naravno, nije tako jaka kao zasebna čestica, jer će se na mjestima fuzije pojaviti novi defekti. Međutim, ako se proces spajanja čestica izvede vješto, snaga originalnog materijala će biti nadmašena. To zahtijeva da male čestice budu posebno čvrsto upakovane tako da se između njih ponovo javljaju sile međumolekularne interakcije. Obično se to radi kompresijom čestica pritiskom i zagrijavanjem. Sitnozrnati agregat dobijen presovanjem se zagrijava bez dovođenja do topljenja. Kako temperatura raste, amplituda termičkih vibracija molekula (atoma) u kristalnoj rešetki raste. Na tačkama dodira, oscilirajuće molekule dvije susjedne čestice se približavaju i čak se miješaju. Kohezivne sile se povećavaju, čestice se povlače, ne ostavljajući gotovo nikakve praznine i pore, defekti kontaktnih točaka nestaju.
U nekim slučajevima, čestice se mogu zalijepiti ili zalemiti jedna za drugu. U tom slučaju, proces se mora provesti na takav način da slojevi ljepila ili lemljenja ne sadrže nedostatke.
Fundamentalno poboljšanje u procesu mljevenja krutih tvari, zasnovano na praktičnoj primjeni Rehbinderovog efekta, pokazalo se vrlo korisnim za mnoge industrije. Tehnološki procesi mljevenja su značajno ubrzani, dok je potrošnja energije značajno smanjena. Fino mljevenje omogućilo je izvođenje mnogih tehnoloških procesa na nižim temperaturama i pritiscima. Kao rezultat, dobiveni su kvalitetniji materijali: beton, keramički i metalokeramički proizvodi, boje, mase za olovke, pigmenti, punila i još mnogo toga. Olakšana je mehanička obrada vatrostalnih čelika i čelika otpornih na toplinu.
Ovako on sam opisuje metodu primjene Rehbinder efekta: „Građevinski dijelovi od cementnog betona mogu se pouzdano spojiti u monolitnu strukturu lijepljenjem cementnim vibrokoloidnim ljepilom... Takvo ljepilo je mješavina fino mljevenog cementa (dio koji se može zamijeniti fino mljevenim pijeskom) sa izuzetno malom količinom vode i dodatkom surfaktanta. Smjesa se ukapljuje ekstremnim vibracijama tokom nanošenja na spojene površine u obliku tankog sloja. Nakon brzog stvrdnjavanja, sloj ljepila postaje najjača tačka u strukturi.”
Korištenje ideja akademika Rehbindera o olakšavanju procesa mljevenja čvrstih tvari od velike je praktične važnosti, na primjer, za razvoj metode za smanjenje čvrstoće minerala u cilju povećanja efikasnosti bušenja u tvrdim stijenama.
Smanjenje čvrstoće metala pod uticajem taline metala. Rehbinder je 1956. otkrio fenomen smanjenja čvrstoće metala pod utjecajem metalnih talina. Pokazalo se da najveće smanjenje površinske energije čvrste tvari (metala) na gotovo nulu mogu uzrokovati rastopljeni mediji koji su po molekularnoj prirodi bliski čvrstoj. Tako je zatezna čvrstoća monokristala cinka smanjena desetine puta nanošenjem sloja tekućeg metala kalaja debljine 1 mikron ili manje na njihovu površinu. Slični efekti za vatrostalne legure i legure otporne na toplinu primjećuju se pod utjecajem tekućih metala niskog taljenja.
Pokazalo se da je otkriveni fenomen veoma važan za unapređenje metoda oblikovanja metala. Ovaj proces je nemoguć bez upotrebe maziva. Za materijale nove tehnologije - vatrostalne i toplinski otporne legure - prerada je posebno značajno olakšana upotrebom aktivnih maziva koji omekšavaju tanke površinske slojeve metala (što se, zapravo, događa pod utjecajem malih količina taline metala). U ovom slučaju, metal kao da se podmazuje - eliminiše se štetna suvišna deformacija koja se javlja tokom obrade, koja uzrokuje takozvano otvrdnjavanje - povećanje čvrstoće koje ometa obradu. Otvaraju se nove mogućnosti za obradu metala pritiskom na normalnim i povišenim temperaturama: povećava se kvalitet proizvoda, smanjuje se trošenje alata za obradu i potrošnja energije za obradu.
Umjesto pretvaranja skupog metala u strugotine tokom procesa proizvodnje proizvoda rezanjem, možete koristiti plastičnu promjenu oblika: obrada pod pritiskom bez gubitka metala. Istovremeno se povećava i kvalitet proizvoda.
Oštar pad čvrstoće površinskog sloja metala igra značajnu ulogu u poboljšanju performansi frikcionih jedinica. Pojavljuje se automatski mehanizam kontrole habanja: ako postoje nasumične nepravilnosti na trljajućim površinama (bure, ogrebotine, itd.), na mjestima njihovog dislokacije razvija se visoki lokalni pritisak, što uzrokuje površinski protok metala, značajno olakšan djelovanjem adsorbiranog topi se (otopljenim natopljenim površinskim slojem metal gubi snagu). Površine koje se trljaju mogu se lako brusiti ili polirati. Uvedeno “podmazivanje” uzrokuje ubrzano “trošenje” nepravilnosti, a povećava se i brzina uhodavanja (uhodavanja) mašina.
Taline aktivnih nečistoća mogu se koristiti kao modifikatori procesa kristalizacije. Adsorbirani na semenskim kristalima oslobođenog metala, smanjuju brzinu njihovog rasta. Tako se formira fino zrnasta metalna struktura veće čvrstoće.
Razvijen je proces za “trening” metala u površinski aktivnom mediju. Metal je podvrgnut povremenim površinskim udarima koji ne dovode do uništenja. Zbog reljefa plastičnih deformacija u površinskim slojevima, metal u unutrašnjem volumenu kao da se „mijesi“, a kristalna rešetka zrna se raspršuje. Ako se takav proces provodi na temperaturi bliskoj temperaturi na kojoj metal počinje da se rekristalizira, u površinski aktivnom mediju formira se finokristalna struktura mnogo veće tvrdoće. A mlevenje metala da bi se dobio fini prah ne može se postići bez upotrebe površinski aktivnih talina. Potom se od ovog praha proizvode proizvodi toplim presovanjem (u potpunosti u skladu sa gore opisanim procesom stvrdnjavanja materijala od prahova).
EFEKAT REBINDERA U POLIMERIMA. Izvanredni sovjetski fizički hemičar akademik Pjotr Aleksandrovič Rebinder prvi je pokušao da utiče na rad uništavanja čvrste materije. Rebinder je bio taj koji je uspio shvatiti kako se to može učiniti. Još 20-ih godina prošlog stoljeća koristio je u tu svrhu takozvane površinski aktivne, odnosno adsorpciono aktivne tvari, koje su u stanju da se efikasno adsorbiraju na površini čak i pri niskim koncentracijama u okolišu i naglo smanjuju površinu. napetost čvrstih tela. Molekuli ovih supstanci napadaju intermolekularne veze na vrhu rastuće pukotine i, adsorbovane na novonastalim površinama, slabe ih. Odabirom specijalnih tečnosti i njihovim uvođenjem na površinu destruktivne čvrste supstance, Rebinder je postigao zapanjujuće smanjenje rada loma pod naponom (slika 1). Slika prikazuje krivulje napon-deformacija monokristala cinka (ploče debljine oko milimetra) u odsustvu i prisutnosti tečnosti surfaktanta. Trenutak uništenja u oba slučaja je označen strelicama. Jasno se vidi da ako jednostavno rastegnete uzorak, on se lomi pri više od 600% istezanja. Ali ako se isti postupak provede nanošenjem tekućeg kalaja na njegovu površinu, dolazi do uništenja sa samo ~10% istezanja. Budući da je rad razaranja površina ispod krivulje naprezanje-deformacija, lako je vidjeti da prisustvo tekućine smanjuje rad čak ni za puta, već za redove veličine. Upravo je ovaj efekat nazvan Rehbinder efektom, ili adsorpcijskim smanjenjem čvrstoće čvrstih tvari.
Fig.1. Zavisnost napona od deformacije monokristala cinka na 400°C: 1 - u vazduhu; 2 -- u rastopljenom kalaju
Rehbinderov efekat je univerzalni fenomen; uočava se tijekom uništavanja bilo koje čvrste tvari, uključujući polimere. Međutim, priroda objekta unosi svoje karakteristike u proces uništavanja, a polimeri u tom smislu nisu izuzetak. Polimerni filmovi se sastoje od velikih, cijelih molekula koje se drže zajedno van der Waalsovim silama, ili vodikovim vezama, koje su znatno slabije od kovalentnih veza unutar samih molekula. Stoga, molekul, čak i kao član kolektiva, zadržava određenu izolaciju i individualne kvalitete. Glavna karakteristika polimera je lančana struktura njihovih makromolekula, što osigurava njihovu fleksibilnost. Molekularna fleksibilnost, tj. njihova sposobnost da mijenjaju svoj oblik (zbog deformacije veznih uglova i rotacije karika) pod utjecajem vanjskih mehaničkih naprezanja i niza drugih faktora leži u osnovi svih karakterističnih svojstava polimera. Prije svega, sposobnost makromolekula za međusobnu orijentaciju. Istina, mora se napomenuti da se ovo posljednje odnosi samo na linearne polimere. Postoji ogroman broj supstanci koje imaju veliku molekularnu težinu (na primjer, proteini i drugi biološki objekti), ali nemaju specifična svojstva polimera, jer snažne intramolekularne interakcije sprječavaju savijanje njihovih makromolekula. Štoviše, tipični predstavnik polimera - prirodna guma - koji se "poprečno povezuje" uz pomoć posebnih tvari (proces vulkanizacije), može se pretvoriti u čvrstu tvar - ebonit, koja uopće ne pokazuje znakove polimernih svojstava.
U polimerima se Rehbinderov efekat manifestira na vrlo neobičan način. U adsorpciono aktivnoj tečnosti, pojava i razvoj nove površine se uočava ne samo tokom razaranja, već mnogo ranije - čak i tokom procesa deformacije polimera, koji je praćen orijentacijom makromolekula.
Fig.2. Izgled uzoraka polietilen tereftalata rastegnutih na zraku (a) i u adsorpciono aktivnom mediju (n-propanol) (b).
rebinder polimer metalna čvrstoća
Slika 2 prikazuje slike dva uzorka lavsana, od kojih je jedan bio rastegnut u zraku, a drugi u tečnosti koja je aktivna za adsorpciju. Jasno se vidi da se u prvom slučaju u uzorku pojavljuje vrat. U drugom slučaju, film se ne sužava, već postaje mliječno bijel i nije proziran. Razlozi zapaženog izbjeljivanja postaju jasni mikroskopskim pregledom.
Fig.3. Elektronska mikrofotografija uzorka polietilen tereftalata deformisanog u n-propanolu. (Zumiranje 1000)
Umjesto monolitnog prozirnog vrata, u polimeru se formira jedinstvena fibrilarno-porozna struktura koja se sastoji od nitastih agregata makromolekula (vlakna) razdvojenih mikroprazninama (porama). U ovom slučaju, međusobna orijentacija makromolekula se postiže ne u monolitnom vratu, već unutar fibrila. Budući da su fibrile odvojene u prostoru, takva struktura sadrži ogroman broj mikropraznina, koje intenzivno raspršuju svjetlost i daju polimeru mliječnobijelu boju. Pore su ispunjene tečnošću, tako da se heterogena struktura održava i nakon uklanjanja deformacionog naprezanja. Vlaknasto-porozna struktura se pojavljuje u posebnim zonama i, kako se polimer deformiše, zauzima sve veći volumen. Analiza mikroskopskih snimaka omogućila je da se utvrde karakteristike strukturnih preustroja u polimeru koji je podvrgnut pucanju (slika 4).
Fig.4. Šematski prikaz pojedinačnih faza craza polimera: I - inicijacija krazova, II - rast craza, III - širenje krazova.
Nastalom na bilo kojem defektu (nehomogenosti strukture), kojih ima u izobilju na površini bilo koje prave čvrste tvari, craze rastu cijelim poprečnim presjekom rastegnutog polimera u smjeru normalnom na osu zateznog naprezanja, održavajući konstantan i vrlo mali ( ~1 μm) širina. U tom smislu, one su slične pravim pukotinama. Ali kada ludnica "presiječe" cijeli poprečni presjek polimera, uzorak se ne raspada na zasebne dijelove, već ostaje jedinstvena cjelina. To je zbog činjenice da su suprotne ivice tako osebujne pukotine povezane najtanjim nitima orijentisanog polimera (slika 3). Dimenzije (promjeri) fibrilarnih formacija, kao i mikropraznina koje ih razdvajaju, su 1-10 nm.
Kada fibrile koje spajaju suprotne zidove kreza postanu dovoljno dugačke, počinje proces njihovog spajanja (u ovom slučaju se površina smanjuje, sl. 5). Drugim riječima, polimer prolazi kroz osebujan strukturni prijelaz iz labave strukture u kompaktniju, koja se sastoji od gusto zbijenih agregata vlakana, koji su orijentirani u smjeru ose istezanja.
Sl.5. Dijagram koji ilustruje kolaps polimerne strukture, koji se javlja pri velikim vrijednostima deformacije u adsorpcijski aktivnoj tekućini, u različitim fazama istezanja
Postoji metoda za odvajanje molekula adsorpcijom iz rastvora onih koji su u stanju da prodru u pore date veličine (efekat molekulskog sita). Budući da se veličina pora može lako podesiti promjenom stepena proširenosti polimera u adsorpciono aktivnom mediju (koristeći Rebinder efekat), selektivnu adsorpciju je lako postići. Važno je napomenuti da su adsorbenti koji se koriste u praksi najčešće vrsta praha ili granulata, koji se puni raznim vrstama posuda (na primjer, sorbent u istoj gas maski). Koristeći Rehbinderov efekat, lako je dobiti film ili vlakno sa nanometričnom poroznošću. Drugim riječima, otvara se perspektiva za stvaranje strukturalnog materijala koji ima optimalna mehanička svojstva i istovremeno je efikasan sorbent.
Koristeći Rehbinder efekt, na elementaran način (jednostavnim rastezanjem polimernog filma u adsorpciono aktivnom mediju) moguće je napraviti porozne polimerne filmove na bazi gotovo svih sintetičkih polimera. Veličina pora u takvim filmovima može se lako podesiti promjenom stepena deformacije polimera, što omogućava proizvodnju separacijskih membrana za rješavanje širokog spektra praktičnih problema.
Rehbinderov efekat u polimerima ima veliki primijenjeni potencijal. Prvo, jednostavnim izdvajanjem polimera u adsorpciono aktivnoj tečnosti, moguće je dobiti različite polimerne sorbente, separacione membrane i polimerne proizvode sa poprečnim reljefom, a drugo, Rehbinderov efekat daje kemičaru procesa univerzalan, kontinuirani metoda za uvođenje modificirajućih aditiva u polimere.
Spisak upotrebljenih materijala
- 1. www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf
- 2. www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html
- 3. http://femto.com.ua/articles/part_2/3339.html
- 4. Velika sovjetska enciklopedija. M.: Sovjetska enciklopedija, 1975, tom 21.
- 5. http://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. http://ru.wikipedia.org/wiki/Rebinder_Effect
Ovaj roman je „zbirka šarolikih poglavlja“, gde je svako poglavlje nazvano Puškinovom linijom i predstavlja samostalnu priču o jednom od junaka. A u romanu ima mnogo junaka - daroviti muzičar posleratnog perioda, "slatki ženskar" i domaća, uzorna školarka iz sredine 50-ih, u čijoj duši gori strasti nevidljive svetu - zavist , ljubomora, zabranjena ljubav; dječak iz sirotišta, nuklearni fizičar, sin represivnog komesara i seoske žrtve požara, svjedok Gulaga i mnogi, mnogi drugi. Privatne priče prerastu u sliku ruske istorije 20. veka, ali roman nije istorijsko platno, već višestruka porodična saga, a što se narativ dalje razvija, sudbine junaka se više isprepliću oko misterioznog Katenina. porodica, potomci „onog istog Katenina“, Puškinovog prijatelja. Roman je pun misterija i tajni, strasti i pritužbi, ljubavi i gorkih gubitaka. I sve češće se javlja analogija s usko znanstvenim konceptom “Rehbinderovog efekta” – kao što kap kalaja lomi fleksibilnu čeličnu ploču, tako beznačajan, na prvi pogled, događaj potpuno mijenja i razbija konkretan ljudski život.
„Kratke priče, elegantno nanizane, kao perle na niti: svaka od njih je posebna priča, ali odjednom se jedna radnja preliva u drugu, a sudbine junaka se ukrštaju na najneočekivaniji način, nit se ne prekida. Čitav narativ je duboko melodičan, prožet je muzikom - i ljubavlju. Neki ljudi su cijeli život razmaženi ljubavlju, drugi se za nju bolno bore. Drugovi i ljubavnici, roditelji i djeca, snažno i neuništivo jedinstvo ljudi, zasnovano ne na krvnom srodstvu, već na ljubavi i ljudskoj dobroti - a nit zapleta, na koju je dodano još nekoliko perli, i dalje je jaka. .. Ovako ljudski odnosi izdržavaju ispit Staljinovog vremena, „odmrzavanja“ i licemerja „razvijenog socijalizma“ sa svojim vrhuncem – černobilskom katastrofom. Nit se ne prekida, gotovo suprotno Rehbinderovom zakonu.”
Elena Katishonok, laureat nagrade Yasnaya Polyana i finalist ruskog Bookera
Na našoj web stranici možete besplatno i bez registracije preuzeti knjigu “The Rebinder Effect” Elene Minkine-Teicher u fb2, rtf, epub, pdf, txt formatu, pročitati knjigu online ili kupiti knjigu u online prodavnici.
