See kujutab endast adsorptsiooni tugevuse vähenemist – tahkete ainete mehaaniliste omaduste muutust füüsikalis-keemiliste protsesside tõttu, mis põhjustavad keha pinna (faasidevahelise) energia vähenemist. Kristallilise tahke aine puhul on Rehbinderi efekti avaldumise seisukohalt lisaks pinnaenergia vähenemisele oluline ka see, et kristallil on pragude tekkeks vajalikke struktuurseid defekte, mis seejärel kandja mõjul levivad. . Polükristallilistes tahketes ainetes on sellised defektid tera piirid: 350. See väljendub tugevuse vähenemises ja rabeduse tekkimises, vastupidavuse vähenemises ja hajumise hõlbustamises. Rebinderi efekti ilmnemiseks on vajalikud järgmised tingimused:
- Tahke aine kokkupuude vedela keskkonnaga
- Tõmbepingete olemasolu
Peamised omadused, mis eristavad Rehbinderi efekti teistest nähtustest, nagu korrosioon ja lahustumine, on järgmised:337:
- kiire välimus - kohe pärast keha kokkupuudet keskkonnaga
- tahkele ainele mõjuva aine vähese mahu piisavus, kuid ainult samaaegse mehaanilise toimega
- keha esialgsete omaduste tagastamine pärast söötme eemaldamist
Näited Rebinderi efektist
Kirjutage arvustus artikli "Rebinder Effect" kohta
Märkmed
Kirjandus
- Getsov G.G. Tilk meislib kivi // Keemia ja elu. - 1972. - nr 3. - lk 14-16.
- S. V. Gratšev, V. R. Baraz, A. A. Bogatov, V. P. Šveikin. "Füüsikaline materjaliteadus"
Lingid
- YouTube'is
Väljavõte, mis kirjeldab Rebinderi efekti
– „Meie ematroonipealinna Moskvasse.Vaenlane sisenes Venemaale suurte jõududega. Ta hävitab meie kalli isamaa, ”luges Sonya usinalt oma peenikese häälega. Krahv, sulgedes silmad, kuulas, ohkas mõnes kohas impulsiivselt.
Nataša istus väljasirutatud, uurides ja otse vaadates kõigepealt oma isa, seejärel Pierre'i.
Pierre tundis tema pilku endal ja püüdis mitte tagasi vaadata. Krahvinna raputas manifesti iga pühaliku väljenduse peale taunivalt ja vihaselt pead. Ta nägi kõigis neis sõnades vaid seda, et poega ähvardavad ohud ei lõpe niipea. Suu pilkavaks naeratuseks painutav Shinshin oli ilmselgelt valmis mõnitama selle üle, mida esimesena mõnitataks: Sonya lugemise üle, mida krahv ütleks, isegi üleskutse peale, kui paremat vabandust ei pakuta.
Olles lugenud Venemaad ähvardavatest ohtudest, suverääni lootustest Moskvale ja eriti kuulsale aadlile, luges Sonya väriseva häälega, mis tulenes peamiselt tähelepanust, millega nad teda kuulasid, viimaseid sõnu: " Me ei kõhkle seismast oma rahva seas.“ selles pealinnas ja teistes meie osariigi paikades, et nõustada ja juhendada kõiki meie relvarühmitusi, mis blokeerivad nüüd vaenlase teed ja on taas organiseeritud teda alistama, kus iganes ta ilmub. Langegu talle pähe hävitus, millesse ta meid visates ette kujutab, ja orjusest vabanenud Euroopa ülendagu Venemaa nime!
- See on kõik! - hüüdis krahv, avades märjad silmad ja lõpetades mitu korda nuuskamise, nagu toodaks ninna pudel kanget äädikasoola. "Ütle mulle, söör, me ohverdame kõik ega kahetse midagi."
Shinshin polnud veel jõudnud rääkida nalja, mille ta oli krahvi patriotismiks ette valmistanud, kui Nataša istmelt püsti hüppas ja isa juurde jooksis.
- Milline võlu, see isa! - ütles ta teda suudledes ja vaatas uuesti Pierre'i selle teadvuseta koketeerimisega, mis koos animatsiooniga talle tagasi tuli.
- Nii isamaaline! - ütles Shinshin.
"Mitte üldse patrioot, vaid lihtsalt ..." vastas Nataša solvunult. Kõik on teie jaoks naljakas, kuid see pole üldse nali ...
- Mis naljad! - kordas loendust. - Ütle lihtsalt sõna, me kõik läheme ... Me ei ole mingid sakslased ...
"Kas märkasite," ütles Pierre, "et ta ütles: "kohtumiseks?"
"Noh, mis iganes see on ...
Sel ajal lähenes Petya, kellele keegi tähelepanu ei pööranud, isale ja ütles üleni punasena murduval, mõnikord kareda, mõnikord peenikese häälega:
"Noh, nüüd, issi, ma ütlen otsustavalt - ja emme ka, mida iganes sa tahad -, ütlen otsustavalt, et lasete mind ajateenistusse, sest ma ei saa ... see on kõik ...
Krahvinna tõstis hirmunult silmad taeva poole, lõi käed kokku ja pöördus vihaselt oma mehe poole.
- Nii et ma nõustusin! - ta ütles.
Kuid krahv toibus kohe oma erutusest.
"Noh, noh," ütles ta. - Siin on veel üks sõdalane! Lõpetage jama: peate õppima.
- See pole jama, issi. Fedya Obolensky on minust noorem ja tuleb ka, ja mis kõige tähtsam, ma ei saa ikka veel midagi õppida, kui ... - Petja peatus, punastas, kuni higistas ja ütles: - kui isamaa on ohus.
- Täielik, täielik, jama ...
- Aga sa ise ütlesid, et me ohverdame kõik.
"Petya, ma ütlen sulle, ole vait," hüüdis krahv ja vaatas tagasi oma naisele, kes kahvatuks muutudes vaatas kinnisilmi oma noorimat poega.
- Ja ma ütlen teile. Nii et Pjotr Kirillovitš ütleb ...
"Ma ütlen teile, see on jama, piim pole veel kuivanud, aga ta tahab ajateenistusse minna!" Noh, hästi, ma ütlen teile,” ja krahv lahkus toast, võttes paberid endaga kaasa, et neid ilmselt enne puhkamist kontoris uuesti lugeda.
- Pjotr Kirillovitš, lähme teeme suitsu...
Pierre oli segaduses ja otsustusvõimetu. Nataša ebaharilikult säravad ja elavaloomulised silmad, mis talle pidevalt rohkem kui hellalt otsa vaatasid, viisid ta sellesse olekusse.
- Ei, ma arvan, et lähen koju...
- See on nagu koju minek, aga sa tahtsid meiega õhtu veeta... Ja siis tulid sa harva. Ja see minu oma...” ütles krahv heatujuliselt, osutades Natašale, „on rõõmsameelne ainult siis, kui sa läheduses oled...”
"Jah, ma unustasin... Ma pean kindlasti koju minema... Asjad, mida teha..." ütles Pierre kiirustades.
"Hüvasti," ütles krahv toast täielikult lahkudes.
- Miks sa lahkud? Miks sa oled endast väljas? Miks?...” küsis Nataša Pierre’ilt, vaadates talle trotslikult silma.
Lisaks pinnaomadusi ja tahkete ainete hõõrdumise vastasmõju mõjutavate keemiliste protsesside toimele on avatud ja uuritud P.A. Rebinder on sarnane määrdeaine, mis on tingitud määrdeaine puhtalt molekulaarsest koostoimest tahkete pindadega, mida nimetatakse "Rebinderi efektiks".
Päris tahketel ainetel on nii pinnapealseid kui ka sisemisi ehitusvigu. Reeglina on sellistel defektidel liigne vaba energia. Pindaktiivsete ainete (pindaktiivsete ainete) molekulide füüsilise adsorptsiooni tõttu tekib nende maandumiskohtades tahke keha vaba pinnaenergia tase. See vähendab pinnale jõudvate dislokatsioonide tööfunktsiooni. Pindaktiivsed ained tungivad pragudesse ja kristallidevahelisse ruumi, avaldades nende seintele mehaanilist mõju ja surudes need lahku, põhjustades materjali rabedat pragunemist ja kontaktkehade tugevuse vähenemist. Ja kui sellised protsessid arenevad ainult kontaktkehade eenditel, vähendades selle materjali ebatasasuste nihkekindlust, siis üldiselt viib see protsess pinna silumise, erirõhu vähenemiseni kontakttsoonis ja üldiselt.
hõõrduvate kehade hõõrdumise ja kulumise vähendamine. Kuid kui tavalised hõõrdekoormused suurenevad märkimisväärselt, levivad kõrged erirõhud kogu kontuuripiirkonnale, materjali pehmenemine toimub suurel pinnal ja põhjustab selle väga kiiret hävimist.
Rehbinderi efekti kasutatakse laialdaselt nii määrdeainete väljatöötamisel (selleks lisatakse määrdeainesse spetsiaalsed pindaktiivsed ained) kui ka materjali deformatsiooni ja töötlemise hõlbustamiseks masinaosade valmistamisel (selleks kasutatakse spetsiaalseid määrdeaineid ja emulsioone). kasutatakse lõikevedelike vormi).
Rebinderi efekt ilmneb väga erinevatel materjalidel. Nende hulka kuuluvad metallid, kivimid, klaas, masinate ja seadmete elemendid. Tugevuse vähenemist põhjustav keskkond võib olla gaasiline või vedel. Sageli võivad sulametallid toimida pindaktiivsete ainetena. Näiteks liuglaagri sulamisel eralduv vask muutub terase pindaktiivseks aineks. Tungides pragudesse ja vankritelgede kristallidevahelisse ruumi, põhjustab see protsess telgede rabedat hävimist ja põhjustab transpordiõnnetusi.
Protsessi olemusele piisavalt tähelepanu pööramata hakkasime sageli kohtama näiteid, kus ammoniaak põhjustab messingist osade lõhenemist, gaasilised põlemissaadused kiirendavad järsult turbiinilabade hävimise protsessi, sula magneesiumkloriid mõjub hävitavalt ülitugevale roostevabale terasele ja hulk teisi. Nende nähtuste olemuse tundmine avab võimalused konkreetselt tegeleda kulumiskindluse suurendamise ning masinate ja seadmete kriitiliste osade ja koostude hävimise probleemidega ning Rehbinderi efekti õige kasutamisega tõsta töötlemisseadmete tootlikkust ja kasutamise tõhusust. hõõrdepaarid, st. energia säästmiseks.
Süsteemi tasakaaluseisundi jaoks võeti arvesse märguvuse nähtusi. Reservuaari tingimustes täheldatakse liideses toimuvaid ebastabiilseid protsesse. Õli nihkumise tõttu vee toimel moodustub liikuv kolmefaasiline niisutusperimeeter. Kontaktnurk muutub sõltuvalt vedeliku (vedel menisk, joon. 5.5) liikumiskiirusest ja suunast kanalites ja pragudes.
Joonis 5.5 – Märgumisnurkade muutuste skeem meniski liikumissuuna muutmisel kapillaarikanalis: 1 – edasiminek, 2 – taanduvad märgumisnurgad, kui vesi-õli menisk liigub hüdrofiilse pinnaga silindrilises kanalis ( – staatiline märgumisnurk)
kineetiline niisutav hüsterees kontaktnurga muutust on tavaks nimetada piki kolmefaasilise märgumisperimeetri tahket pinda liikudes. Hüstereesi suurus sõltub:
niisutusperimeetri liikumissuuna kohta, s.o. selle kohta, kas õli tõrjub tahkelt pinnalt välja vett või vesi tõrjub õli välja;
kolmefaasilise liidese liikumiskiirus tahkel pinnal;
tahke pinna karedus;
adsorptsioon ainete pinnal.
Hüstereesi nähtused esinevad peamiselt karedatel pindadel ja on molekulaarse iseloomuga. Poleeritud pindadel on hüsterees nõrk.
5.6 Tekkimisvedelike pinnakihtide omadused
Pinnakihi struktuuri kohta on erinevaid oletusi.
Paljud õhukeste vedelikukihtide struktuuri ja paksust uurivad teadlased seostavad seinakihtide moodustumist molekulide polariseerumisega ja nende orienteerumist tahke aine pinnalt vedeliku sisepiirkondadesse solvatatsiooni 1 kihtide moodustumisega.
Moodustuskivimitega kokkupuutuvad õlikihid on eriti keeruka struktuuriga, kuna pindaktiivsete ainete ja mineraalide koostoime on väga mitmekesine.
Näiteks on täheldatud, et flotatsioonitehnoloogias kasutatavaid reaktiive saab mineraali pinnale kinnitada nii tavaliste ruumiliste kilede kujul, mis moodustavad mineraalosakeste pinnal iseseisva faasi, kui ka pinnaühendid, millel puudub spetsiifiline koostis ja mis ei moodusta eraldi iseseisvat faasi.
Lõpuks võivad reagendid koonduda elektrilise topeltkihi difusiooniosas, mitte faasiliideses endas.
Pindaktiivsete ainete komponendid näivad olevat alati koondunud mitte ainult pinnale, vaid ka liidese lähedal asuvasse kolmemõõtmelisse ruumalasse.
Paljud teadlased on teinud katseid mõõta erinevate vedelike kile paksust tahketel ainetel. Näiteks B. V. Deryagini ja M. M. Kusakovi mõõtmistulemuste kohaselt on soola vesilahuste märgumiskilede paksus erinevatel tahketel tasastel pindadel umbes 10–5 cm (100 im). Need kihid erinevad ülejäänud vedelikust struktuuri ja mehaaniliste omaduste poolest – nihkeelastsus ja suurenenud viskoossus. On kindlaks tehtud, et pinnakihis oleva vedeliku omadused muutuvad ka selle kokkusurumise tõttu. Näiteks silikageeliga adsorbeeritud vee tihedus on mõne mõõtmise järgi 1027-1285 kg/m3.
Adsorptsioonil ja sellega seotud solvatatsioonikestadel õlireservuaari faasiliidestel on samuti erilised omadused. Mõned õli komponendid võivad moodustada geelitaolisi struktureeritud adsorptsioonikihte (ebatavaliste - anomaalsete omadustega), millel on kõrge struktuurne viskoossus ja adsorptsioonikihi kõrge küllastusaste - elastsuse ja mehaanilise nihketugevusega.
Uuringud näitavad, et õli-vee piirpinna pinnakihtide koostis sisaldab nafteenhappeid, madala molekulmassiga vaike, kõrgmolekulaarsete vaikude ja asfalteenide kolloidosakesi, parafiini mikrokristalle, samuti mineraal- ja süsiniku suspensioonide osakesi. Eeldatakse, et õli-vee piirpinna pinnakiht moodustub mineraal- ja süsinikuosakeste, aga ka parafiini mikrokristallide kogunemise tulemusena nende pinna hüdrofiilsete alade selektiivse niisutamise mõjul vesifaasiga. Samale liidespinnale adsorbeeruvad asfalt-vaigulised ained, mis muutuvad geelilaadseks, parafiini tsemendiosakesed ja mineraalid üheks monoliitseks kihiks. Pinnakiht pakseneb veelgi tänu õlifaasist pärinevate asfalt-vaiguliste ainete geelide solvatiseerumisele.
Pinnakihtide erilised struktuursed ja mehaanilised omadused määravad erinevate süsteemide stabiliseerumise ja eelkõige mõnede vesi-õli emulsioonide kõrge stabiilsuse.
Adsorptsioonikihtide olemasolul jääkvee-õli piirpinnal on ilmselt ka teatud aeglustav toime reservuaari süstitud vee segunemisprotsessidele jääkveega.
5.7 Õhukeste vedelikukihtide kiiluv toime.
Deryagini katsed. Rebinder efekt
Tahket keha niisutav, õhukestesse pragudesse tungiv vedelik võib mängida kiilu rolli ja lükata selle seinad laiali, s.t. õhukestel vedelikukihtidel on kiiluv toime 2. See õhukeste kihtide omadus avaldub ka siis, kui vedelikku sukeldatud tahked pinnad lähenevad üksteisele. B. V. Deryagini uuringute kohaselt ilmneb kiilumisefekt tingimusel, et kihi paksus h vedelik, mis surub prao pinda laiali, on väiksem kui teatud väärtus h kr. Kell h > h kr kiilumisefekt on null ja juures h < h kr see suureneb vedelikukihi paksuse vähenemisega, st hetkest h ≤ h kr Osakeste pindade lähendamiseks tuleb neile rakendada välist koormust.
Kiilumisefekti tekitavad tegurid on ioon-elektrostaatilise päritoluga jõud ja polaarsete vedelike eriline agregatsiooniseisund piirpindade läheduses.
Eelnevalt mainiti, et tahke aine pinnal oleva solvatatsioonikihi omadused erinevad järsult ülejäänud vedeliku omadustest. Seda (solvaadi) kihti võib pidada eriliseks piirfaasiks. Seega, kui osakesed lähenevad kaugustele, mis on vähem kui kaks korda suurem kui solvatatsioonikihtide paksus, tuleb osakestele rakendada välist koormust.
Ioonelektrostaatilise päritoluga eralduv rõhk tekib ioonide kontsentratsiooni muutuste tõttu osakesi eraldavas kihis ja neid ümbritsevas lahuses.
Katse tulemuste kohaselt on kiilumisefekt seda suurem, mida tugevam on side vedeliku ja tahke keha pindade vahel. Seda saab parandada, lisades vedelikku pindaktiivseid aineid, mis on tahke aine pinnaga hästi adsorbeeritud. Rebinderi efekt põhineb sellel nähtusel. Selle olemus seisneb selles, et väikesed pindaktiivsete ainete kogused põhjustavad tahke aine mehaaniliste omaduste järsu halvenemise. Tahkete ainete tugevuse adsorptsiooni vähenemine sõltub paljudest teguritest. See intensiivistub, kui kehale avaldavad tõmbejõud ja kui vedelik niisutab pinda hästi.
Kaevude puurimisel kasutatakse adsorptsiooni tugevuse vähenemise efekti. Kasutades loputusvedelikuna spetsiaalselt valitud pindaktiivseid aineid sisaldavaid lahuseid, on kõvade kivimite puurimine märgatavalt lihtsam.
REBINDER Petr Aleksandrovitš (03.X.1898-12.VII.1972), Nõukogude füüsikakeemik, NSVL Teaduste Akadeemia akadeemik aastast 1946 (korrespondentliige aastast 1933), sündinud Peterburis. Lõpetanud Moskva ülikooli füüsika-matemaatikateaduskonna (1924). Aastatel 1922-1932 töötas NSV Liidu Teaduste Akadeemia Füüsika ja Biofüüsika Instituudis ning samal ajal (aastatel 1923-1941) Moskva Riiklikus Pedagoogilises Instituudis. K. Liebknecht (aastast 1923 - professor), aastast 1935 - NSV Liidu Teaduste Akadeemia Kolloid-Elektrokeemia Instituudi (alates 1945 - Füüsikalise Keemia Instituut) dispergeeritud süsteemide osakonna juhataja, aastast 1942 - osakonnajuhataja. kolloidkeemia Moskva ülikoolis.
Rehbinderi tööd on pühendatud hajussüsteemide ja pinnanähtuste füüsikalisele keemiale. 1928. aastal avastas teadlane tahkete ainete tugevuse vähenemise nähtuse, mis on tingitud keskkonna pöörduvast füüsikalis-keemilisest mõjust neile (Rehbinderi efekt) ja 1930.–1940. välja töötatud viise väga kõvade ja raskesti lõigatavate materjalide töötlemise hõlbustamiseks.
Ta avastas metalli monokristallide plastifitseerimise elektrokapillaarse efekti nende pinna polariseerimisel elektrolüütide lahustes roomeprotsessi ajal, uuris pindaktiivsete ainete vesilahuste omadusi, adsorptsioonikihtide mõju dispergeeritud süsteemide omadustele, tuvastas (1935). -1940) vahtude ja emulsioonide moodustamise ja stabiliseerimise põhiprintsiibid, samuti emulsioonide faaside ümberpööramise protsess.
Teadlane leidis, et puhastustegevus hõlmab kolloidsete keemiliste protsesside kompleksi. Rebinder uuris pindaktiivsete ainete mitsellide moodustumise ja struktuuri protsesse, arendas ideid lüofoobse sisesüdamikuga seepide termodünaamilise stabiilse mitselli kohta lüofiilses keskkonnas. Teadlane valis välja ja põhjendas optimaalsed parameetrid hajutatud süsteemide reoloogiliste omaduste iseloomustamiseks ning pakkus välja meetodid nende määramiseks.
1956. aastal avastas teadlane metallide tugevuse adsorptsiooni vähenemise nähtuse metallisulamite mõjul. 1950. aastatel Teadlased lõid uue teadusvaldkonna – füüsikalise ja keemilise mehaanika. Nagu Rehbinder ise kirjutas: „Füüsikalis-keemilise mehaanika ülim ülesanne on välja töötada teaduslikud alused etteantud struktuuride ja mehaaniliste omadustega tahkete ainete ja süsteemide saamiseks. Sellest tulenevalt hõlmab selle valdkonna ülesanne optimaalselt sihitud tehnoloogia loomist sisuliselt kõigi kaasaegse tehnoloogia ehitus- ja konstruktsioonimaterjalide - betoon, metallid ja sulamid, eriti kuumakindlad, keraamika ja metallkeraamika, kummid - tootmiseks ja töötlemiseks. , plastmassid, määrdeained.
Alates 1958. aastast on Rebinder NSVL Teaduste Akadeemia füüsikalise ja keemilise mehaanika ning kolloidkeemia probleeme käsitleva teadusnõukogu esimees, seejärel (alates 1967. aastast) Rahvusvahelise pindaktiivsete ainete komitee alluvuses NSVL Rahvuskomitee esimees. Aastatel 1968–1972 oli ta Colloid Journali peatoimetaja. Teadlast autasustati kahe Lenini ordeniga, tal oli sotsialistliku töö kangelase tiitel (1968), NSVL riikliku preemia laureaat (1942).
Rehbinderi efekt, adsorptsiooni mõju, mis vähendab tahkete ainete tugevust, hõlbustab tahkete ainete deformeerumist ja hävimist keskkonna pöörduva füüsikalis-keemilise mõju tõttu. Avastas P. A. Rebinder (1928), uurides kaltsiidi ja kivisoola kristallide mehaanilisi omadusi. Võimalik, kui pinges olev tahke keha puutub kokku vedela (või gaasilise) adsorptsiooniaktiivse keskkonnaga. Rebinderi efekt on väga universaalne – seda täheldatakse tahketes metallides, ioonsetes, kovalentsetes ja molekulaarsetes mono- ja polükristallilistes tahketes ainetes, klaasides ja polümeerides, osaliselt kristalliseerunud ja amorfsetes, poorsetes ja tahkes. Rehbinderi efekti avaldumise peamiseks tingimuseks on kontaktfaaside (tahke keha ja keskkond) seos keemilises koostises ja struktuuris. Mõju vorm ja avaldumisaste sõltuvad kontaktfaaside aatomitevahelise (molekulidevahelise) interaktsiooni intensiivsusest, pinge suurusest ja tüübist (vajalik on tõmbepinge), deformatsioonikiirusest ja temperatuurist. Olulist rolli mängib keha tegelik struktuur - nihestuste, pragude, võõrkehade jne olemasolu. Rehbinderi efekti iseloomulik avaldumisvorm on korduv tugevuse langus, tahke keha hapruse suurenemine. ja selle vastupidavuse vähenemine. Seega elavhõbedaga immutatud tsinkplaat ei paindu koormuse all, vaid puruneb rabedalt. Teine avaldumisvorm on keskkonna plastifitseeriv toime tahketele materjalidele, näiteks vesi kipsile, orgaanilised pindaktiivsed ained metallidele jne. Termodünaamilise Rebinderi efekti põhjustab uue pinna moodustumise töö vähenemine deformatsiooni käigus. tahke aine vaba pinnaenergia vähenemise tagajärg keskkonna mõjul . Mõju molekulaarne olemus seisneb selles, et soodustada molekulidevaheliste (aatomitevaheliste, ioonsete) sidemete purunemist ja ümberkorraldamist tahkes aines adsorptsioonivõimeliste ja samas piisavalt liikuvate võõrmolekulide (aatomite, ioonide) juuresolekul.
Olulisemad tehnilised kasutusvaldkonnad on erinevate (eriti väga kõvade ja raskesti töödeldavate) materjalide mehaanilise töötlemise hõlbustamine ja täiustamine, hõõrde- ja kulumisprotsesside reguleerimine määrdeainete abil, purustatud (pulber)materjalide efektiivne tootmine, etteantud hajutatud struktuuriga ja vajaliku mehaaniliste ja muude omaduste kombinatsiooniga tahkete ainete ja materjalide tootmine demonteerimise ja järgneva tihendamise teel ilma sisepingeteta. Adsorptsiooniaktiivne keskkond võib samuti põhjustada olulist kahju, näiteks vähendada masinaosade ja materjalide tugevust ja vastupidavust töötingimustes. Rehbinderi efekti avaldumist soodustavate tegurite kõrvaldamine võimaldab neil juhtudel materjale kaitsta soovimatute keskkonnamõjude eest.
Isegi kõige tugevamatel kehadel on tohutult palju defekte, mis nõrgendavad nende vastupidavust koormusele ja muudavad need vähem vastupidavaks, kui teooria ennustab. Tahke keha mehaanilisel hävitamisel algab protsess mikrodefektide paiknemise kohast. Koormuse suurenemine põhjustab defekti kohas mikropragude tekkimist. Koormuse eemaldamine viib aga algse struktuuri taastamiseni: sageli ei piisa mikroprao laiusest molekulidevahelise (aatomitevahelise) interaktsiooni jõudude täielikuks ületamiseks. Koormuse vähendamine viib mikroprao "kokkutõmbumiseni", molekulidevahelise interaktsiooni jõud taastuvad peaaegu täielikult, pragu kaob. Asi on ka selles, et prao teke on tahke keha uue pinna moodustumine ja selline protsess nõuab energiakulu, mis on võrdne pindpinevusenergia korrutisega selle pinna pindalaga. Koormuse vähendamine toob kaasa pragude "pingutamise", kuna süsteem kipub sellesse salvestatud energiat vähendama. Seetõttu on tahke aine edukaks hävitamiseks vaja katta tekkinud pind spetsiaalse ainega, mida nimetatakse pindaktiivseks aineks, mis vähendab molekulaarsete jõudude ületamise tööd uue pinna moodustamisel. Pindaktiivsed ained tungivad mikropragudesse, katavad nende pinnad ainult ühe molekuli paksuse kihiga (mis määrab võimaluse kasutada väga väikeses koguses nende ainete lisandeid), takistades "kokkuvarisemist" ja takistades molekulaarse interaktsiooni taastumist.
Pindaktiivsed ained hõlbustavad teatud tingimustel tahkete ainete jahvatamist. Väga peent (kuni kolloidosakeste suuruseni) tahkete ainete jahvatamist on üldiselt võimatu saavutada ilma pindaktiivsete ainete lisamiseta.
Nüüd jääb üle meeles pidada, et tahke keha hävitamine (s.o uute mikropragude teke) algab täpselt kohast, kus asub selle keha struktuuri defekt. Lisaks adsorbeerub lisatud pindaktiivne aine ka valdavalt defektide asukohtadesse – hõlbustades seega selle adsorptsiooni tulevaste mikropragude seintel. Tsiteerigem akadeemik Rebinderi sõnu: „Osa eraldumine toimub just nendes nõrkades kohtades [defektide asukoht] ja järelikult ei sisalda lihvimisel tekkinud väikesed kehaosakesed enam neid kõige ohtlikumaid defekte. Täpsemalt muutub tõenäosus ohtliku nõrga kohaga kokku puutuda seda väiksemaks, mida väiksem on selle suurus.
Kui mis tahes laadi tõelist tahket keha jahvatades jõuame osakesteni, mille mõõtmed on ligikaudu samad kui kõige ohtlikumate defektide vahekaugused, siis sellised osakesed ei sisalda peaaegu kindlasti ohtlikke struktuurivigu, need muutuvad palju tugevamaks kui suured proovid samast keha ise. Järelikult tuleb tahke aine vaid piisavalt väikesteks tükkideks purustada ja need sama laadi, sama koostisega tükid on kõige vastupidavamad, peaaegu ideaalis tugevamad.
Seejärel tuleb need homogeensed defektideta osakesed omavahel kokku panna, neist teha vajaliku suuruse ja kujuga tahke (kõrge tugevusega) keha, sundida osakesed tihedalt pakkima ja omavahel väga tugevalt ühinema. Saadud masin või ehitusosa peab olema enne lihvimist palju tugevam kui algmaterjal. Loomulikult ei ole see nii tugev kui eraldiseisev osake, kuna sulamiskohtades ilmnevad uued defektid. Kui aga osakeste ühendamise protsess on oskuslikult läbi viidud, ületab algmaterjali tugevus. See nõuab väikeste osakeste eriti tihedat pakkimist, et nende vahele tekiks taas molekulidevahelised vastasmõjujõud. Tavaliselt tehakse seda osakeste kokkupressimise teel pressimise ja kuumutamise teel. Pressimisel saadud peeneteralist täitematerjali kuumutatakse ilma seda sulamiseni viimata. Temperatuuri tõustes suureneb molekulide (aatomite) termiliste vibratsioonide amplituud kristallvõres. Puutepunktides lähenevad kahe naaberosakese vibreerivad molekulid ja segunevad ühtlaselt. Adhesioonijõud suurenevad, osakesed tõmmatakse kokku, jätmata praktiliselt tühjad ja poorid ning defektid kokkupuutekohtades kaovad.
Mõnel juhul saab osakesed üksteise külge liimida või joota. Sel juhul tuleb protsess läbi viia nii, et liimi- või jootekihtidel ei oleks defekte.
Tahkete ainete jahvatamise protsessi radikaalne täiustamine, mis põhineb Rehbinderi efekti praktilisel rakendamisel, on osutunud paljudes tööstusharudes väga kasulikuks. Lihvimise tehnoloogilised protsessid on oluliselt kiirenenud, samas on märgatavalt vähenenud energiakulu. Peenlihvimine on võimaldanud läbi viia paljusid tehnoloogilisi protsesse madalamal temperatuuril ja rõhul. Selle tulemusena saadi kvaliteetsemaid materjale: betoon-, keraamika- ja metallkeraamikatooted, värvained, pliiatsimassid, pigmendid, täiteained ja palju muud. Tulekindlate ja kuumakindlate teraste mehaaniline töötlemine on hõlbustatud.
Nii kirjeldab ta ise Rehbinderi efekti rakendamise meetodit: „Tsementbetoonist ehitusdetailid saab tsemendi vibrokolloidliimiga liimides usaldusväärselt ühendada monoliitseks struktuuriks... Selline liim on peeneks jahvatatud tsemendi segu (osa mida saab asendada peeneks jahvatatud liivaga) üliväikese veekoguse ja pindaktiivse aine lisamisega. Segu vedeldub äärmise vibratsiooni toimel liimitud pindadele kandmisel õhukese kihina. Pärast kiiret kõvenemist muutub liimikiht struktuuri tugevaimaks punktiks.
Akadeemik Rehbinderi ideede kasutamine tahkete ainete jahvatamise protsessi hõlbustamisel on suure praktilise tähtsusega, näiteks mineraalide tugevuse vähendamise meetodi väljatöötamisel, et tõsta kõvade kivimite puurimise efektiivsust.
Metallide tugevuse vähendamine metallisulatuste mõjul. 1956. aastal avastas Rehbinder metallide tugevuse vähenemise nähtuse metallisulamite mõjul. On näidatud, et tahke aine (metalli) pinnaenergia suurimat langust peaaegu nullini võib põhjustada sulakeskkond, mis on molekulaarloomult tahkele ainele lähedased. Seega vähendati tsingi monokristallide tõmbetugevust kümneid kordi, kui kanti nende pinnale 1 mikroni või vähema paksuse vedela tinametalli kiht. Sarnast mõju tulekindlate ja kuumakindlate sulamite puhul täheldatakse vedelate madala sulamistemperatuuriga metallide mõjul.
Avastatud nähtus osutus väga oluliseks metallivormimismeetodite täiustamisel. See protsess on võimatu ilma määrdeaine kasutamiseta. Uue tehnoloogia materjalide - tulekindlate ja kuumakindlate sulamite - töötlemist hõlbustab eriti oluliselt metalli õhukesi pinnakihte pehmendavate aktiivsete määrdeainete kasutamine (mis tegelikult toimub väikeste metallisulamite koguste mõjul). Sel juhul näib metall ise määrivat - töötlemisel tekkiv kahjulik liigne deformatsioon, mis põhjustab nn kõvastumist - töötlemist segav tugevuse suurenemine, jääb ära. Avanevad uued võimalused metallide töötlemiseks survega normaal- ja kõrgendatud temperatuuridel: tõuseb toodete kvaliteet, väheneb töötlemisvahendi kulumine ja töötlemiseks kuluv energia.
Selle asemel, et muuta kallis metall toote valmistamisel lõikamise teel laastudeks, võite kasutada plastilist kujumuutust: survetöötlust ilma metalli kadumiseta. Samal ajal tõuseb ka toodete kvaliteet.
Metallide pinnakihi tugevuse järsk vähenemine mängib hõõrdesõlmede jõudluse parandamisel olulist rolli. Tekib automaatselt töötav kulumiskontrolli mehhanism: kui hõõrdumispindadel esineb juhuslikke ebakorrapärasusi (murded, kriimustused jne), tekib nende nihkumise kohtades kõrge lokaalne rõhk, mis põhjustab metallide pinnavoolu, mis adsorbeeritud mõjul oluliselt hõlbustab. sulab (sulamärjaks saanud pinnakihi metall kaotab tugevuse). Hõõrduvaid pindu saab kergesti lihvida või poleerida. Kasutusele võetud “määrimine” põhjustab ebatasasuste kiirendatud “kulumist” ja masinate sissesõitmise (sissesõitmise) kiirus suureneb.
Aktiivseid lisandite sulameid saab kasutada kristallisatsiooniprotsessi modifikaatoritena. Vabanenud metalli idukristallidele adsorbeerituna vähendavad nad nende kasvukiirust. Nii moodustub suurema tugevusega peeneteraline metallkonstruktsioon.
On välja töötatud protsess metalli "treenimiseks" pindaktiivses keskkonnas. Metall on allutatud perioodilistele pinnamõjudele, mis ei too kaasa hävingut. Pinnakihtide plastiliste deformatsioonide leevenduse tõttu näib sisemahus olev metall “sõtkuvat” ja terade kristallvõre hajub. Kui selline protsess viiakse läbi temperatuuril, mis on lähedasel temperatuuril, mille juures metall hakkab ümberkristalluma, moodustub pindaktiivses keskkonnas palju suurema kõvadusega peenkristalliline struktuur. Ja metallide jahvatamist peene pulbri saamiseks ei saa teostada ilma pindaktiivseid sulameid kasutamata. Seejärel toodetakse sellest pulbrist kuumpressimise teel tooteid (täielikult kooskõlas ülalkirjeldatud pulbritest materjalide kõvenemisprotsessiga).
POLÜMEERIDES REINDER EFEKTS. Silmapaistev Nõukogude füüsikakeemik akadeemik Pjotr Aleksandrovitš Rebinder oli esimene, kes püüdis tahke aine hävitamise tööd mõjutada. See oli Rebinder, kes sai aru, kuidas seda teha. Veel eelmise sajandi 20ndatel kasutas ta selleks nn pindaktiivseid ehk adsorptsiooniaktiivseid aineid, mis suudavad ka keskkonnas madalate kontsentratsioonide korral pinnale efektiivselt adsorbeeruda ja pinda järsult vähendada. tahkete ainete pinge. Nende ainete molekulid ründavad molekulidevahelisi sidemeid kasvava murrulõhe tipus ja äsja moodustunud pindadele adsorbeerituna nõrgendavad neid. Valides spetsiaalseid vedelikke ja viies need hävitatava tahke aine pinnale, vähendas Rebinder märkimisväärselt pinge all tekkivat murdumist (joonis 1). Joonisel on kujutatud tsingi monokristalli (umbes millimeetri paksune plaat) pinge-deformatsiooni kõverad pindaktiivse vedeliku puudumisel ja olemasolul. Mõlemal juhul on hävitamise hetk tähistatud nooltega. On selgelt näha, et kui proovi lihtsalt venitada, puruneb see rohkem kui 600% venivuse korral. Kui aga sama protseduur läbi viia, kandes selle pinnale vedelat tina, toimub hävimine vaid ~10% venivuse juures. Kuna purustustöö on pinge-deformatsiooni kõvera alune ala, siis on hästi näha, et vedeliku olemasolu vähendab tööd isegi mitte kordades, vaid suurusjärkudes. Just seda efekti nimetati Rehbinderi efektiks ehk tahkete ainete tugevuse adsorptsiooni vähenemiseks.
Joonis 1. Pingete sõltuvus tsingi monokristallide deformatsioonist 400°C juures: 1 - õhus; 2 -- sulas tinas
Rehbinderi efekt on universaalne nähtus, seda täheldatakse mis tahes tahkete ainete, sealhulgas polümeeride hävitamisel. Objekti olemus toob aga hävitamisprotsessi sisse oma omadused ja polümeerid pole selles mõttes erand. Polümeerkiled koosnevad suurtest tervetest molekulidest, mida hoiavad koos van der Waalsi jõud ehk vesiniksidemed, mis on märgatavalt nõrgemad kui molekulide endi kovalentsed sidemed. Seetõttu säilitab molekul isegi kollektiivi liikmena teatud eraldatuse ja individuaalsed omadused. Polümeeride peamine omadus on nende makromolekulide ahelstruktuur, mis tagab nende paindlikkuse. Molekulide painduvus, s.o. polümeeride kõigi iseloomulike omaduste aluseks on nende võime muuta oma kuju (sidenurkade deformeerumise ja lülide pöörlemise tõttu) välise mehaanilise pinge ja mitmete muude tegurite mõjul. Esiteks makromolekulide vastastikuse orienteerumise võime. Siiski tuleb märkida, et viimane kehtib ainult lineaarsete polümeeride kohta. On tohutult palju aineid, millel on suur molekulmass (näiteks valgud ja muud bioloogilised objektid), kuid millel pole polümeeride spetsiifilisi omadusi, kuna tugevad molekulisisesed interaktsioonid takistavad nende makromolekulide paindumist. Veelgi enam, tüüpiline polümeeride esindaja - looduslik kautšuk - võib spetsiaalsete ainete abil "ristseotud" (vulkaniseerimisprotsess) muutuda tahkeks aineks - eboniidiks, millel pole polümeersete omaduste märke.
Polümeerides avaldub Rehbinderi efekt väga ainulaadsel viisil. Adsorptsioonaktiivses vedelikus ei täheldata uue pinna tekkimist ja arengut mitte ainult hävitamise ajal, vaid palju varem, isegi polümeeri deformatsiooni ajal, millega kaasneb makromolekulide orientatsioon.
Joonis 2. Õhus (a) ja adsorptsiooniaktiivses keskkonnas (n-propanool) venitatud polüetüleentereftalaadi proovide välimus (b).
rebinder polümeeri metalli tugevus
Joonisel 2 on kujutatud kujutisi kahest lavsani proovist, millest üks oli venitatud õhus ja teine adsorptsiooniaktiivses vedelikus. Selgelt on näha, et esimesel juhul ilmub proovis kael. Teisel juhul kile ei tõmbu kokku, vaid muutub piimvalgeks ja läbipaistmatuks. Täheldatud valgenemise põhjused selguvad mikroskoopilisel uurimisel.
Joonis 3. N-propanoolis deformeeritud polüetüleentereftalaadi proovi elektronmikrofoto. (Suumi 1000)
Monoliitse läbipaistva kaela asemel moodustub polümeeris ainulaadne fibrillaarne-poorne struktuur, mis koosneb makromolekulide (fibrillide) filamentsetest agregaatidest, mis on eraldatud mikrotühmikute (pooride) abil. Sel juhul saavutatakse makromolekulide vastastikune orientatsioon mitte monoliitses kaelas, vaid fibrillide sees. Kuna fibrillid on ruumis eraldatud, sisaldab selline struktuur tohutul hulgal mikrotühikmeid, mis hajutavad intensiivselt valgust ja annavad polümeerile piimvalge värvuse. Poorid täidetakse vedelikuga, nii et heterogeenne struktuur säilib ka pärast deformeeriva pinge eemaldamist. Fibrillaarne poorne struktuur tekib spetsiaalsetes tsoonides ja polümeeri deformeerumisel hõivab suureneva mahu. Mikroskoopiliste kujutiste analüüs võimaldas tuvastada polümeeri struktuursete ümberkorralduste tunnuseid (joonis 4).
Joonis 4. Polümeeride kratsimise üksikute etappide skemaatiline esitus: I - hulluste teke, II - hullude kasv, III - hulluste laienemine.
Olles tekkinud mistahes defektist (struktuuri ebahomogeensus), mida leidub ohtralt mis tahes tõelise tahke aine pinnal, kasvavad hullud läbi venitatud polümeeri kogu ristlõike tõmbepingete telje suhtes normaalses suunas, säilitades konstantse ja väga väikese ( ~1 μm) laius. Selles mõttes on need sarnased tõeliste murdepragudega. Kuid kui hullus "lõikab" kogu polümeeri ristlõike, ei lagune proov eraldi osadeks, vaid jääb üheks tervikuks. See on tingitud asjaolust, et sellise omapärase prao vastasservad on ühendatud orienteeritud polümeeri kõige õhemate keermetega (joonis 3). Fibrillaarsete moodustiste mõõtmed (läbimõõdud), samuti neid eraldavad mikrotühjad on 1–10 nm.
Kui hulluste vastasseinu ühendavad fibrillid muutuvad piisavalt pikaks, algab nende sulandumise protsess (sel juhul pindala väheneb, joon. 5). Teisisõnu, polümeer läbib omapärase struktuurse ülemineku lahtisest struktuurist kompaktsemale, mis koosneb tihedalt pakitud fibrillide agregaatidest, mis on orienteeritud venitustelje suunas.
Joonis 5. Diagramm, mis illustreerib polümeeri struktuuri kokkuvarisemist, mis toimub adsorptsioonaktiivses vedelikus suurte deformatsiooniväärtuste korral venitamise erinevates etappides
On olemas meetod molekulide eraldamiseks lahusest adsorptsiooni teel molekulidest, mis on võimelised tungima teatud suurusega pooridesse (molekulaarsõela efekt). Kuna pooride suurust saab hõlpsasti reguleerida, muutes polümeeri pikendamise astet adsorptsiooniaktiivses keskkonnas (kasutades Rebinderi efekti), on selektiivset adsorptsiooni lihtne saavutada. Oluline on märkida, et praktikas kasutatavad adsorbendid on tavaliselt teatud tüüpi pulber või graanulid, mis täidetakse erinevat tüüpi mahutitega (näiteks sorbent samas gaasimaskis). Rehbinderi efekti abil on lihtne saada nanomeetrilise poorsusega kilet või kiudu. Teisisõnu avaneb võimalus luua konstruktsioonimaterjal, millel on optimaalsed mehaanilised omadused ja mis on samal ajal tõhus sorbent.
Rehbinderi efekti kasutades on elementaarsel viisil (lihtsalt polümeerkilet adsorptsioonaktiivses keskkonnas venitades) võimalik valmistada poorseid polümeerkilesid peaaegu kõigi sünteetiliste polümeeride baasil. Selliste kilede pooride suurust saab hõlpsasti reguleerida, muutes polümeeri deformatsiooniastet, mis võimaldab toota eraldusmembraane mitmesuguste praktiliste probleemide lahendamiseks.
Rehbinderi efektil polümeerides on suur rakenduspotentsiaal. Esiteks, lihtsalt ekstraheerides polümeeri adsorptsiooniaktiivses vedelikus, on võimalik saada mitmesuguseid põikisuunalise reljeefiga polümeersorbente, eraldusmembraane ja polümeertooteid ning teiseks annab Rehbinderi efekt protsessikeemikule universaalse, pidev meetod modifitseerivate lisandite sisestamiseks polümeeridesse.
Kasutatud materjalide loetelu
- 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. Suur Nõukogude Entsüklopeedia. M.: Nõukogude entsüklopeedia, 1975, 21. kd.
- 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
See romaan on "kirjude peatükkide kogu", kus iga peatükk on nimetatud Puškini reaga ja on iseseisev lugu ühest kangelasest. Ja romaanis on palju kangelasi - sõjajärgse perioodi andekas muusik, "armas naistemees" ja 50ndate keskpaiga kodune, eeskujulik koolitüdruk, kelle hinges põlevad maailmale nähtamatud kired - kadedus , armukadedus, keelatud armastus; lastekodupoiss, tuumafüüsik, represseeritud komissari ja külapõlenguohvri poeg, Gulagi tunnistaja ja paljud-paljud teised. Eralood kasvavad 20. sajandi Venemaa ajaloo pildiks, kuid romaan pole ajalooline lõuend, vaid pigem mitmetahuline perekonnasaaga ning mida edasi narratiiv areneb, seda enam põimuvad kangelaste saatused salapärase Katenini ümber. perekond, "sellesama Katenini", Puškini sõbra järeltulijad. Romaan on täis saladusi ja saladusi, kirgi ja kaebusi, armastust ja kibedaid kaotusi. Ja üha enam kerkib esile analoogia kitsalt teadusliku kontseptsiooniga “Rehbinderi efekt” - nii nagu tinatilk lõhub painduva terasplaadi, nii muutub esmapilgul tähtsusetu sündmus täielikult ja lõhub konkreetse inimelu.
“Novellid, elegantselt nööritud, nagu helmed niidi otsas: igaüks neist on omaette lugu, kuid ühtäkki voolab üks süžee teiseks ja kangelaste saatused ristuvad kõige ootamatumal viisil, niit ei katke. Kogu narratiiv on sügavalt meloodiline, see on läbi imbunud muusikast – ja armastusest. Mõnda inimest hellitab armastus kogu elu, teised näevad selle nimel valusalt vaeva. Klassikaaslased ja armastajad, vanemad ja lapsed, inimeste tugev ja hävimatu ühtsus, mis ei põhine mitte veresugulusel, vaid armastusel ja inimlikul lahkusel – ja süžee niit, millele on lisatud veel paar helmeid, on endiselt tugev. .. Nii peavad inimsuhted vastu Stalini aja proovile, “sula” ja “arenenud sotsialismi” silmakirjalikkusele oma tipuga – Tšernobõli katastroofiga. Niit ei katke, peaaegu vastuolus Rehbinderi seadusega.
Jelena Katišonok, Yasnaya Poljana auhinna laureaat ja Venemaa Bookeri finalist
Meie veebisaidilt saate tasuta ja registreerimata alla laadida Elena Minkina-Teicheri raamatu “The Rebinder Effect” fb2-, rtf-, epub-, pdf-, txt-vormingus, lugeda raamatut veebis või osta raamatut veebipoest.
