Det är en adsorptionsminskning i styrka - en förändring i de mekaniska egenskaperna hos fasta ämnen på grund av fysikalisk-kemiska processer som orsakar en minskning av kroppens ytenergi (gränssnitt). När det gäller ett kristallint fast ämne är det, förutom en minskning av ytenergin, också viktigt för manifestationen av Rehbinder-effekten att kristallen har strukturella defekter som är nödvändiga för initiering av sprickor, som sedan fortplantar sig under påverkan av mediet . I polykristallina fasta ämnen är sådana defekter korngränser:350. Det visar sig i en minskning i styrka och förekomsten av sprödhet, en minskning av hållbarhet och underlättande av spridning. För att Rebinder-effekten ska uppstå krävs följande villkor:
- Kontakt mellan en fast kropp och ett flytande medium
- Förekomsten av dragspänningar
De huvudsakliga egenskaperna som skiljer Rehbinder-effekten från andra fenomen, såsom korrosion och upplösning, är följande:337:
- snabbt utseende - omedelbart efter kontakt av kroppen med miljön
- tillräckligheten av en liten volym av ett ämne som verkar på ett fast ämne, men endast med åtföljande mekanisk verkan
- återgång av kroppen till de ursprungliga egenskaperna efter avlägsnandet av miljön
Exempel på Rebinder-effekten
Skriv en recension om artikeln "Rebinder effect"
Anteckningar
Litteratur
- Getsov G.G. En droppe urholkar en sten // Kemi och liv. - 1972. - Nr 3. - S. 14-16.
- S.V. Grachev, V.R. Baraz, A.A. Bogatov, V.P. Shveikin. "Fysisk materialvetenskap"
Länkar
- på Youtube
Ett utdrag som karakteriserar Rebinder-effekten
– ”Till huvudstaden i vår huvudstad, Moskva.Fienden gick med stora styrkor in i Rysslands gränser. Han kommer att förstöra vårt kära fosterland, ”läser Sonya flitigt med sin tunna röst. Greven, blundade, lyssnade och suckade häftigt på vissa ställen.
Natasha satt utsträckt och tittade sökande och direkt först på sin pappa, sedan på Pierre.
Pierre kände hur hon tittade på honom och försökte att inte se tillbaka. Grevinnan skakade ogillande och argt på huvudet vid varje högtidligt uttryck i manifestet. Hon såg bara i alla dessa ord att farorna som hotade hennes son inte skulle ta slut snart. Shinshin, som vek sin mun till ett hånande leende, beredde sig uppenbarligen att håna det som skulle bli det första att hånas: vid Sonyas läsning, vad greven skulle säga, till och med vid själva vädjan, om ingen bättre ursäkt dök upp.
Efter att ha läst om farorna som hotar Ryssland, om suveränens förhoppningar till Moskva, och särskilt på den berömda adeln, Sonya, med en darrande röst, som huvudsakligen kom från den uppmärksamhet som hon lyssnades på, läs de sista orden: "Vi själva kommer inte att tveka att stå mitt bland vårt folk i denna huvudstad och i andra stater på våra platser för konferens och ledarskap för alla våra miliser, både som nu blockerar fiendens väg och återigen arrangerade att besegra den, varhelst det verkar som. Må den förstörelse i vilken han föreställer sig att kasta oss på sitt huvud vända, och må Europa, befriat från slaveriet, förhärliga Rysslands namn!
- Det är allt! ropade greven och öppnade sina våta ögon och stannade flera gånger för att snusa, som om en kolv med starkt ättiksalt fördes till näsan. "Säg bara till mig, sir, vi kommer att offra allt och inte ångra något."
Shinshin hade ännu inte hunnit berätta skämtet han hade förberett om grevens patriotism, när Natasha hoppade upp från sin plats och sprang fram till sin far.
- Vilken charm, den här pappan! sa hon och kysste honom, och hon tittade åter på Pierre med den där omedvetna koketteringen som återvände till henne tillsammans med hennes animation.
- Det är så patriotiskt! sa Shinshin.
"Inte alls patriot, utan helt enkelt ..." svarade Natasha förolämpat. Allt är roligt för dig, men det här är inte ett skämt alls ...
- Vilka skämt! upprepade greven. - Säg bara ordet, vi kommer alla att gå ... Vi är inte någon slags tyskar ...
"Märde du," sa Pierre, "att han sa: "för ett möte."
"Tja, vad det än är...
Vid den här tiden gick Petya, som ingen ägnade någon uppmärksamhet åt, fram till sin far och, helt röd, med en krossande röst, nu grov, nu smal, sa:
"Nå, nu, pappa, jag kommer att säga bestämt - och mamma också, som du vill, - jag kommer att säga bestämt att du låter mig gå i militärtjänst, för jag kan inte ... det är allt ...
Grevinnan lyfte sina ögon mot himlen i fasa, knäppte händerna och vände sig argt mot sin man.
- Det är affären! - Hon sa.
Men greven hämtade sig från sin upphetsning i samma ögonblick.
"Tja, bra," sa han. "Här är en annan krigare!" Lämna nonsensen: du måste studera.
"Det är inte nonsens, pappa. Obolensky Fedya är yngre än mig och går också, och viktigast av allt, i alla fall, jag kan inte lära mig någonting nu, när ... - Petya stannade, rodnade till svett och sa detsamma: - när fosterlandet är i fara.
- Full, full, nonsens ...
”Men du sa själv att vi skulle offra allt.
"Petya, jag säger dig, håll käften", ropade greven och såg tillbaka på sin fru, som blev blek och såg med fasta ögon på sin yngre son.
- Jag säger det. Så Pyotr Kirillovich kommer att säga ...
– Jag säger er – det är nonsens, mjölken har inte torkat ännu, men han vill tjänstgöra i militären! Tja, nja, jag säger er, - och greven, som tog med sig tidningarna, förmodligen för att läsa dem igen i arbetsrummet innan han vilade, lämnade rummet.
- Pyotr Kirillovich, ja, låt oss gå och röka ...
Pierre var förvirrad och obeslutsam. Natashas ovanligt lysande och livliga ögon oavbrutet, mer än kärleksfullt riktade till honom, förde honom till detta tillstånd.
- Nej, jag tror att jag går hem...
– Som hemma, men man ville ha en kväll med oss... Och då började de sällan komma på besök. Och den här är min ... - sa greven godmodigt och pekade på Natasha, - den är bara glad med dig ...
"Ja, jag glömde ... jag måste definitivt gå hem ... Saker ..." sa Pierre hastigt.
"Nå, hejdå", sa greven och lämnade rummet helt.
- Varför lämnar du? Varför är du upprörd? Varför? .. - frågade Natasha Pierre och såg trotsigt in i hans ögon.
Förutom verkan av kemiska processer som påverkar ytans egenskaper och friktionsväxelverkan mellan fasta ämnen finns en öppen och studerad P.A. Rebinder är ett liknande smörjmedel, på grund av den rent molekylära interaktionen mellan smörjmedlet och fasta ytor, kallad "Rebinder-effekten".
Verkliga fasta ämnen har både yt- och inre strukturella defekter. Som regel har sådana defekter överskott av fri energi. På grund av den fysiska adsorptionen av molekyler av ytaktiva ämnen (ytaktiva ämnen) sker en minskning av nivån av fri ytenergi hos det fasta ämnet på platserna för deras landning. Detta minskar arbetsfunktionen av dislokationer som når ytan. Ytaktiva ämnen tränger in i sprickor och in i det intergranulära utrymmet, utövar en mekanisk effekt på deras väggar och, som trycker isär dem, leder till spröd sprickbildning av materialet och en minskning av styrkan hos kontaktkropparna. Och om sådana processer endast utvecklas på kontaktkropparnas utsprång, vilket minskar skjuvmotståndet för oregelbundenheterna i detta material, leder denna process i allmänhet till ytutjämning, en minskning av det specifika trycket i kontaktzonen och i allmänhet,
minskning av friktion och slitage av gnidningskroppar. Men om de normala friktionsbelastningarna ökar avsevärt, höga specifika tryck sprids över hela konturområdet, sker uppmjukningen av materialet över ett stort område av ytan och leder redan till dess mycket snabba förstörelse.
Rebinder-effekten används i stor utsträckning både vid utveckling av smörjmedel (för detta införs speciella ytaktiva ämnen i smörjmedlet) och för att underlätta deformation och bearbetning av material vid tillverkning av maskindelar (för detta, speciella smörjmedel och emulsioner i smörjmedlet) form av skärvätskor används).
Manifestationen av Rebinder-effekten uppträder på en mängd olika material. Dessa är metaller, stenar, glas, delar av maskiner och utrustning. Mediet som orsakar minskningen i styrka kan vara gasformigt eller flytande. Ofta kan smälta metaller fungera som ytaktiva ämnen. Till exempel blir koppar som frigörs under smältningen av ett glidlager ett ytaktivt ämne för stål. Genom att tränga in i sprickor och interkristallina utrymmen på bilaxlar, orsakar denna process spröda brott på axlarna och orsakar transportolyckor.
Utan att ta hänsyn till processens karaktär stötte vi ofta på exempel där ammoniak orsakar sprickbildning i mässingsdelar, gasformiga förbränningsprodukter kraftigt accelererar förstörelsen av turbinblad, smält magnesiumklorid verkar destruktivt på höghållfasta rostfria stål och ett antal andra. Kunskap om naturen hos dessa fenomen öppnar möjligheter att ta itu med frågorna om ökad slitstyrka och förstörelse av kritiska delar och komponenter i maskiner och utrustning, och, med korrekt användning av Rebinder-effekten, att öka produktiviteten hos bearbetningsutrustning och effektiviteten att använda friktionspar, dvs. för att spara energi.
Vätbarhetsfenomenen beaktades för systemets jämviktstillstånd. Under reservoarförhållanden observeras instabila processer som sker vid gränsytan. På grund av förskjutningen av olja med vatten bildas en rörlig trefas vätningsperimeter. Kontaktvinkeln ändras beroende på hastigheten och riktningen av vätskerörelsen (vätskemenisk, fig. 5.5) i kanaler och sprickor.
Figur 5.5 - Schema för kontaktvinkeländring vid ändring av meniskens rörelseriktning i kapillärkanalen: 1 - framåtskridande, 2 - vikande kontaktvinklar när vatten-oljemenisken rör sig i en cylindrisk kanal med en hydrofil yta ( - statisk kontaktvinkel)
Kinetisk vätande hysteres Det är vanligt att kalla förändringen i vätningsvinkeln när man rör sig längs en fast yta för en trefas vätningsperimeter. Mängden hysteres beror på:
från vätningsperimeterns rörelseriktning, dvs. om olja förskjuts från en fast vattenyta med olja eller olja med vatten;
rörelsehastigheten för trefasgränssnittet på en fast yta;
hård yta ojämnhet;
adsorption på ytan av ämnen.
Hysteresfenomen förekommer främst på grova ytor och är av molekylär natur. På polerade ytor manifesteras hysteresen svagt.
5.6 Ytvätskeegenskaper
Det finns olika antaganden om ytskiktets struktur.
Många forskare som studerar strukturen och tjockleken av tunna vätskeskikt tillskriver bildandet av nära väggskikt till polariseringen av molekyler och deras orientering från ytan av ett fast ämne till de inre områdena av vätskan med bildandet av solvatskikt.
Oljeskikt i kontakt med formationsstenar har en särskilt komplex struktur, eftersom interaktionen mellan ytaktiva ämnen och mineraler är mycket varierande.
Det har till exempel noterats att reagenser som används inom flotationsteknik kan fixeras på mineralytan både i form av konventionella tredimensionella filmer som bildar en oberoende fas på ytan av mineralpartiklar, och i form av ytföreningar som inte har en specifik sammansättning och inte bildar en separat oberoende fas.
Slutligen kan reaktanterna koncentreras i diffusionsdelen av det elektriska dubbelskiktet snarare än på själva gränsytan.
Ytaktiva komponenter är uppenbarligen alltid koncentrerade inte bara på ytan utan också i en tredimensionell volym nära gränssnittet.
Många forskare har gjort försök att mäta filmtjockleken hos olika vätskor på fasta ämnen. Så, till exempel, enligt resultaten av mätningar av B. V. Deryagin och M. M. Kusakov, är tjockleken på vätfilmer av vattenhaltiga lösningar av salter på olika fasta plana ytor cirka 10 -5 cm (100 nm). Dessa lager skiljer sig från resten av vätskan i struktur och mekaniska egenskaper - skjuvelasticitet och ökad viskositet. Det har konstaterats att egenskaperna hos vätskan i ytskiktet också förändras på grund av dess kompression. Till exempel är densiteten för vatten adsorberat av silikagel enligt vissa mätningar 1027-1285 kg/m 3 .
Adsorptionen och tillhörande solvatskal vid faserna i oljereservoaren har också speciella egenskaper. Vissa komponenter i olja kan bilda gelliknande strukturerade adsorptionsskikt (med ovanliga - anomala egenskaper) med hög strukturell viskositet och vid höga mättnadsgrader av adsorptionsskiktet - med elasticitet och mekanisk skjuvhållfasthet.
Studier visar att sammansättningen av ytskikten vid gränsytan mellan olja och vatten inkluderar naftensyror, lågmolekylära hartser, kolloidala partiklar av högmolekylära hartser och asfaltener, paraffinmikrokristaller, såväl som partiklar av mineral- och kolhaltiga suspensioner. Det antas att ytskiktet vid gränsytan mellan olja och vatten bildas som ett resultat av ackumulering av mineral- och kolhaltiga partiklar, såväl som paraffinmikrokristaller under inverkan av selektiv vätning av hydrofila områden på deras yta av vattenfasen. Asfalthartsartade ämnen som adsorberas på samma gränsyta, passerar till ett gelliknande tillstånd, cementerar partiklarna av paraffin och mineraler till ett enda monolitiskt lager. Ytskiktet tjocknar ännu mer på grund av upplösningen av geler av asfalthartsartade ämnen från sidan av oljefasen.
Ytskiktens speciella strukturella och mekaniska egenskaper bestämmer stabiliseringen av olika system och i synnerhet den höga stabiliteten hos vissa olje-vattenemulsioner.
Förekomsten av adsorptionsskikt vid den kvarvarande vatten-oljesektionen har uppenbarligen också en viss bromsande effekt på processerna för blandbarhet av vatten som injiceras i formationen med kvarvarande vatten.
5.7 Kilverkan av tunna vätskeskikt.
Deryagins experiment. Återbindande effekt
En vätska som väter ett fast ämne, tränger in i tunna sprickor, kan spela rollen som en kil och trycka isär dess väggar, d.v.s. tunna lager av vätska har en kilande effekt 2 . Denna egenskap hos tunna skikt visar sig också när fasta ytor nedsänkta i en vätska närmar sig varandra. Enligt B.V. Deryagins studier uppstår kilningseffekten förutsatt att skikttjockleken h vätska som expanderar sprickytorna är mindre än ett visst värde h kr. På h > h kr kilverkan är noll och vid h < h kr den ökar med en minskning av tjockleken på vätskeskiktet, d.v.s. från ögonblicket h ≤ h kr För att föra partikelytorna närmare varandra måste en extern belastning appliceras på dem.
Faktorerna som skapar kilverkan är krafterna av jonelektrostatiskt ursprung och det speciella tillståndet för aggregation av polära vätskor nära gränsytorna.
Det har tidigare nämnts att egenskaperna hos solvatskiktet på ytan av ett fast ämne skiljer sig kraftigt från egenskaperna hos resten av vätskan. Detta (solvat) skikt kan betraktas som en speciell gränsfas. Därför, när partiklarna närmar sig varandra till avstånd som är mindre än den dubbla tjockleken av solvatskikten, måste en extern belastning appliceras på partiklarna.
Det upplösande trycket av joniskt-elektrostatiskt ursprung uppstår på grund av förändringar i koncentrationen av joner i skiktet som separerar partiklarna och i lösningen som omger dem.
Enligt resultaten av experimentet är kilningseffekten större, ju starkare bindningen är mellan vätskan och det fasta ämnets ytor. Det kan förstärkas genom att införa ytaktiva ämnen i vätskan som är väl adsorberade av ytan på det fasta ämnet. Rebinder-effekten är baserad på detta fenomen. Dess väsen ligger i det faktum att små mängder ytaktiva ämnen orsakar en kraftig försämring av det fasta ämnets mekaniska egenskaper. Adsorptionsminskningen av fasta ämnens styrka beror på många faktorer. Den ökar om kroppen utsätts för dragkrafter och om vätskan väter ytan väl.
Effekten av minskning av adsorptionsstyrkan används vid brunnsborrning. När man använder lösningar som innehåller speciellt utvalda ytaktiva ämnen som borrvätskor underlättas borrning i hårda berg märkbart.
Pyotr Aleksandrovich REBINDER (03.X.1898-12.VII.1972), sovjetisk fysikalisk kemist, akademiker vid USSRs vetenskapsakademi sedan 1946 (motsvarande medlem sedan 1933), föddes i St. Petersburg. Examen från fakulteten för fysik och matematik vid Moskvas universitet (1924). Åren 1922-1932. arbetade vid Institutet för fysik och biofysik vid vetenskapsakademin i Sovjetunionen och samtidigt (1923-1941) - vid Moskvas statliga pedagogiska institut. K. Liebknecht (sedan 1923 - professor), sedan 1935 - chef för avdelningen för dispersa system vid Colloid Electrochemical Institute (sedan 1945 - Institute of Physical Chemistry) vid USSRs vetenskapsakademi, sedan 1942 - chef för avdelningen av kolloidkemi vid Moskvas universitet.
Rehbinders verk ägnas åt den fysikaliska kemin hos dispergerade system och ytfenomen. År 1928 upptäckte forskaren fenomenet med en minskning av styrkan hos fasta ämnen på grund av mediets reversibla fysikaliska och kemiska effekter på dem (Rehbinder-effekten) och på 1930-1940-talet. utvecklat sätt att underlätta bearbetningen av mycket hårda och svårbearbetade material.
Han upptäckte den elektrokapillära effekten av att mjukgöra metallenkristaller under krypning under deras ytpolarisering i elektrolytlösningar, studerade egenskaperna hos vattenlösningar av ytaktiva ämnen, effekten av adsorptionsskikt på egenskaperna hos dispergerade system, avslöjade (1935-1940) huvudmönstren för bildning och stabilisering av skum och emulsioner, såväl som processen för fasomvändning i emulsioner.
Forskaren fann att tvättverkan inkluderar en komplex uppsättning kolloid-kemiska processer. Rebinder studerade processerna för bildning och struktur av miceller av ytaktiva ämnen, utvecklade idéer om de termodynamiskt stabila micellerna av tvålar med en lyofob inre kärna i ett lyofilt medium. Forskaren valde och underbyggde de optimala parametrarna för att karakterisera de reologiska egenskaperna hos dispersa system och föreslog metoder för deras bestämning.
År 1956 upptäckte forskaren fenomenet med adsorptionsminskning i styrkan hos metaller under inverkan av metallsmältor. På 1950-talet forskare skapade ett nytt vetenskapsområde - fysikalisk och kemisk mekanik. Som Rehbinder själv skrev: ”Den fysiska och kemiska mekanikens yttersta uppgift är att utveckla de vetenskapliga grunderna för att erhålla fasta ämnen och system med en given struktur och mekaniska egenskaper. Därför är uppgiften för detta område att skapa en optimalt riktad teknik för produktion och bearbetning av i stort sett alla byggnads- och konstruktionsmaterial av modern teknik - betong, metaller och legeringar, särskilt värmebeständiga sådana, keramik och kermet, gummi, plast, smörjmedel.
Sedan 1958 har Rebinder varit ordförande för Scientific Council of the USSR Academy of Sciences om problem med fysikalisk och kemisk mekanik och kolloidal kemi, sedan (sedan 1967) ordförande för USSR National Committee under International Committee on Surfactants. Från 1968 till 1972 var han chefredaktör för Colloid Journal. Vetenskapsmannen tilldelades två ordrar av Lenin, hade titeln Hero of Socialist Labour (1968), pristagare av Sovjetunionens statspris (1942).
Rehbinder-effekt, effekten av adsorption minskar styrkan hos fasta ämnen, vilket underlättar deformation och förstörelse av fasta ämnen på grund av mediets reversibla fysikaliska och kemiska effekter. Upptäcktes av P. A. Rebinder (1928) när han studerade de mekaniska egenskaperna hos kalcit- och bergsaltkristaller. Det är möjligt när en fast kropp i stressat tillstånd kommer i kontakt med ett flytande (eller gasformigt) adsorptionsaktivt medium. Rehbinder-effekten är mycket universell - den observeras i fasta metaller, joniska, kovalenta och molekylära mono- och polykristallina kroppar, glas och polymerer, delvis kristalliserade och amorfa, porösa och fasta. Huvudvillkoret för manifestationen av Rebinder-effekten är den relaterade naturen hos kontaktfaserna (fast och medium) vad gäller kemisk sammansättning och struktur. Formen och graden av manifestation av effekten beror på intensiteten av interatomiska (intermolekylära) interaktioner mellan de sammanhängande faserna, storleken och typen av spänningar (dragspänningar krävs), töjningshastighet och temperatur. En väsentlig roll spelas av kroppens verkliga struktur - närvaron av dislokationer, sprickor, främmande inneslutningar, etc. En karakteristisk form av manifestation av Rebinder-effekten är en multipel nedgång i styrka, en ökning av bräckligheten hos en solid kropp , och en minskning av dess hållbarhet. En zinkplatta vätad med kvicksilver böjer sig alltså inte under belastning, utan går sönder sprött. En annan form av manifestation är mediets mjukgörande effekt på fasta material, till exempel vatten på gips, organiska ytaktiva ämnen på metaller etc. Den termodynamiska Rebinder-effekten beror på en minskning av arbetet med att bilda en ny yta under deformation som en resultat av en minskning av den fria ytenergin hos en fast kropp under påverkan av miljön. Effektens molekylära natur består i att underlätta brytningen och omarrangemanget av intermolekylära (interatomära, joniska) bindningar i ett fast ämne i närvaro av adsorptionsaktiva och samtidigt tillräckligt rörliga främmande molekyler (atomer, joner).
De viktigaste tekniska tillämpningsområdena är att underlätta och förbättra den mekaniska bearbetningen av olika (särskilt mycket hårda och svårbearbetade) material, reglering av friktions- och slitageprocesser med smörjmedel, effektiv produktion av krossade (pulver)material, produktion av fasta ämnen och material med en given dispergerad struktur och den erforderliga kombinationen av mekaniska och andra egenskaper genom sönderdelning och efterföljande kompaktering utan inre spänningar. Ett adsorptionsaktivt medium kan också orsaka betydande skada, till exempel minska styrkan och hållbarheten hos maskindelar och material under driftsförhållanden. Elimineringen av faktorer som bidrar till manifestationen av Rehbinder-effekten i dessa fall gör det möjligt att skydda material från oönskade miljöpåverkan.
Även de starkaste kropparna har ett stort antal defekter, vilket försvagar deras motståndskraft mot belastning och gör dem mindre hållbara än vad teorin förutspår. Under mekanisk förstörelse av en fast kropp börjar processen från den plats där mikrodefekter finns. En ökning av belastningen leder till utvecklingen av mikrosprickor på defektplatsen. Avlägsnandet av belastningen leder emellertid till återställandet av den ursprungliga strukturen: mikrosprickans bredd är ofta otillräcklig för att helt övervinna krafterna från intermolekylär (interatomisk) interaktion. Att minska belastningen leder till "sammandragning" av mikrosprickan, krafterna för intermolekylär interaktion återställs nästan helt, sprickan försvinner. Poängen är också att bildandet av en spricka är bildandet av en ny yta av en solid kropp, och en sådan process kräver energiförbrukning som är lika med ytspänningsenergin multiplicerad med arean av denna yta. Att minska belastningen leder till en "åtstramning" av sprickor, eftersom systemet tenderar att minska energin som lagras i det. Därför, för framgångsrik förstörelse av ett fast ämne, är det nödvändigt att täcka den resulterande ytan med ett speciellt ämne som kallas ett ytaktivt ämne, vilket kommer att minska arbetet med att övervinna molekylära krafter vid bildandet av en ny yta. Ytaktiva ämnen tränger in i mikrosprickor, täcker deras ytor med ett lager som bara är en molekyl tjockt (vilket bestämmer möjligheten att använda mycket små mängder tillsatser av dessa ämnen), förhindrar "kollaps" -processen, förhindrar återupptagandet av molekylär interaktion.
Ytaktiva ämnen underlättar under vissa förhållanden malningen av fasta ämnen. Mycket fin (upp till storleken av kolloidala partiklar) malning av fasta ämnen kan inte utföras alls utan tillsats av ytaktiva ämnen.
Nu återstår att komma ihåg att förstörelsen av en solid kropp (dvs. bildandet av nya mikrosprickor) börjar exakt från den plats där defekten i strukturen av denna kropp är belägen. Dessutom adsorberas det tillsatta ytaktiva medlet till övervägande del även vid platsen för defekter - vilket underlättar dess adsorption på väggarna av framtida mikrosprickor. Här är akademikern Rebinders ord: "Separationen av delen sker just vid dessa svaga punkter [defekternas placering], och följaktligen innehåller de fina partiklarna i kroppen som bildas under slipningen inte längre dessa farligaste defekter. Närmare bestämt blir sannolikheten för att stöta på en farlig svag punkt mindre ju mindre storleken är.
Om vi, när vi maler ett riktigt fast ämne av någon natur, når partiklar vars dimensioner är ungefär desamma som avstånden mellan de farligaste defekterna, kommer sådana partiklar nästan säkert inte att innehålla farliga strukturella defekter, de kommer att bli mycket starkare än stora prover av defekterna. samma kroppen själv. Följaktligen behöver man bara krossa en fast kropp i tillräckligt små bitar, och dessa bitar av samma natur, av samma sammansättning, kommer att vara de mest hållbara, nästan idealiskt starka.
Sedan måste dessa homogena, defektfria partiklar kombineras, göras av dem till en solid (höghållfast) kropp av önskad storlek och form, partiklarna måste tvingas packas tätt och förenas mycket starkt med varandra. Maskindelen eller konstruktionsdelen som erhålls på detta sätt måste vara mycket starkare än originalmaterialet före slipning. Naturligtvis inte lika stark som en separat partikel, eftersom nya defekter kommer att uppstå vid sammanslagningsställena. Men om processen för att kombinera partiklar utförs skickligt, kommer styrkan hos utgångsmaterialet att överträffas. Detta kräver särskilt tät packning av små partiklar så att intermolekylära interaktionskrafter uppstår mellan dem igen. Detta görs vanligtvis genom att komprimera partiklarna genom pressning och upphettning. Det finkorniga aggregatet som erhålls genom pressning upphettas utan att det smälter. När temperaturen stiger ökar amplituden av termiska vibrationer av molekyler (atomer) i kristallgittret. Vid kontaktpunkterna närmar sig de oscillerande molekylerna av två angränsande partiklar och blandas till och med. Kohesionskrafterna ökar, partiklarna dras ihop, lämnar nästan inga hålrum och porer, defekterna i kontaktpunkterna försvinner.
I vissa fall kan partiklarna limmas eller lödas till varandra. I det här fallet måste processen utföras i ett sådant läge att lagren av lim eller lod inte innehåller defekter.
En grundläggande förbättring av processen för att mala fasta ämnen, baserad på den praktiska tillämpningen av Rehbinder-effekten, har visat sig vara mycket användbar för många industrier. Teknologiska malningsprocesser har accelererats avsevärt, samtidigt som energiförbrukningen har minskat avsevärt. Finmalning gjorde det möjligt att utföra många tekniska processer vid lägre temperaturer och tryck. Som ett resultat erhölls material av högre kvalitet: betong, keramiska och metallkeramiska produkter, färgämnen, pennmassor, pigment, fyllmedel och mycket mer. Underlättar bearbetning av eldfasta och värmebeständiga stål.
Så här beskriver han själv metoden att applicera Rebinder-effekten: ”Konstruktionsdelar av cementbetong kan på ett tillförlitligt sätt kombineras till en monolitisk struktur genom att limma med cementvibrokolloidlim ... Ett sådant lim är en blandning av finmald cement (del). varav kan ersättas med finmald sand) med en extremt liten mängd vatten och tillsats av ett ytaktivt ämne. Blandningen blir flytande genom extrema vibrationer under applicering på de ytor som ska limmas i form av ett tunt lager. När limmet härdar snabbt blir det den starkaste punkten i strukturen."
Att använda akademiker Rehbinders idéer för att underlätta processen med att mala fasta ämnen är av stor praktisk betydelse, till exempel att utveckla en metod för att minska hållfastheten hos mineraler för att öka effektiviteten vid borrning i hårda bergarter.
Minska styrkan hos metaller under inverkan av metallsmältor. 1956 upptäckte Rehbinder fenomenet med en minskning av styrkan hos metaller under inverkan av metallsmältor. Det visades att den största minskningen av ytenergin hos en fast kropp (metall) till nästan noll kan orsakas av smälta medier, som är nära en fast kropp i molekylär natur. Således har draghållfastheten för zink-enkristaller reducerats tio gånger genom att applicera ett skikt av flytande tennmetall med en tjocklek av 1 mikron eller mindre på deras yta. Liknande effekter för eldfasta och värmebeständiga legeringar observeras under inverkan av flytande lågsmältande metaller.
Det upptäckta fenomenet visade sig vara mycket viktigt för förbättringen av metallformningsmetoder. Denna process är omöjlig utan användning av smörjning. För material med ny teknik - eldfasta och värmebeständiga legeringar - underlättas bearbetningen särskilt avsevärt genom användningen av aktiva smörjmedel som mjukar upp tunna ytskikt av metallen (vilket faktiskt uppstår under inverkan av små mängder metallsmältor). Samtidigt smörjer metallen sig själv - den skadliga överdrivna deformationen som uppstår under bearbetningen elimineras, vilket orsakar den så kallade härdningen - en ökning av styrkan som stör bearbetningen. Nya möjligheter öppnas för bearbetning av metaller genom tryck vid normala och förhöjda temperaturer: kvaliteten på produkterna förbättras, slitaget på bearbetningsverktyget minskar och energiförbrukningen för bearbetningen minskar.
Istället för att omvandla dyr metall till flis i processen att tillverka en produkt genom skärning, kan plastisk formförändring användas: tryckbehandling utan metallförlust. Samtidigt förbättras också kvaliteten på produkterna.
En kraftig minskning av hållfastheten hos ytskiktet av metaller spelar en betydande roll för att förbättra driften av friktionsenheter. En automatiskt fungerande slitagekontrollmekanism uppstår: om det finns slumpmässiga oregelbundenheter på gnidningsytorna (gradar, repor, etc.), utvecklas ett högt lokalt tryck på platserna för deras dislokation, vilket orsakar ett ytflöde av metaller, vilket avsevärt underlättas av åtgärden av adsorberade smältor (ytskikt som väts av smältmetallen förlorar styrka). Friktionsytor kan lätt slipas eller poleras. Den införda "smörjningen" orsakar ett accelererat "nötning" av ojämnheter, hastigheten för inkörning (inkörning) av maskiner ökar.
Aktiva föroreningssmältor kan användas som modifierare av kristallisationsprocessen. Genom att adsorberas på kristaller-kärnor av den separerade metallen, minskar de hastigheten för deras tillväxt. Således bildas en finkornig metallstruktur med högre hållfasthet.
Processen att "träna" metall i ett ytaktivt medium har utvecklats. Metallen utsätts för periodiska ytstötar som inte leder till förstörelse. På grund av avlastningen av plastiska deformationer i ytskikten "knådar" metallen i den inre volymen, så att säga, sprids kristallgittret av korn. Om en sådan process utförs vid en temperatur nära temperaturen vid början av metallrekristallisation, bildas en finkristallin struktur med mycket högre hårdhet i ett ytaktivt medium. Ja, och slipningen av metaller för att få ett fint pulver är inte komplett utan användning av ytaktiva smältor. I framtiden erhålls produkter från detta pulver genom varmpressning (i full överensstämmelse med processen för att förstärka material från pulver som beskrivs ovan).
REBINDER EFFEKT I POLYMERER. Den enastående sovjetiske fysikaliska kemisten akademikern Pyotr Aleksandrovich Rebinder var den första som försökte påverka arbetet med att förstöra en solid kropp. Det var Rebinder som lyckades förstå hur detta kan göras. Redan på 1920-talet använde han för detta ändamål de så kallade ytaktiva, eller adsorptionsaktiva, ämnen som effektivt kan adsorbera på ytan även vid låga koncentrationer i miljön och kraftigt minska ytspänningen hos fasta ämnen. Molekyler av dessa ämnen angriper intermolekylära bindningar i spetsen av en växande spricka och, som adsorberas på nybildade ytor, försvagar dem. Genom att välja speciella vätskor och införa dem på ytan av ett förstörbart fast ämne, uppnådde Rebinder en slående minskning av arbetet med brott i spänning (Fig. 1). Figuren visar töjningshållfasthetskurvorna för en enkristall av zink (plattor med en tjocklek av storleksordningen en millimeter) i frånvaro och närvaro av en ytaktiv vätska. Ögonblicket för förstörelse i båda fallen markeras med pilar. Det framgår tydligt att om provet helt enkelt sträcks bryts det vid mer än 600 % förlängning. Men om samma procedur utförs genom att applicera flytande tenn på dess yta, sker förstörelse endast vid ~10% förlängning. Eftersom destruktionsarbetet är området under spännings-töjningskurvan är det lätt att se att närvaron av vätska minskar arbetet till och med inte med flera gånger, utan med storleksordningar. Det var denna effekt som kallades Rehbinder-effekten, eller adsorptionsminskning av fasta ämnens styrka.
Figur 1. Stressens beroende av deformationen av zink-enkristaller vid 400°C: 1 - i luft; 2 -- i smält plåt
Rehbinder-effekten är ett universellt fenomen, det observeras under förstörelsen av fasta ämnen, inklusive polymerer. Emellertid introducerar föremålets natur sina egna egenskaper i förstörelseprocessen, och polymerer är inget undantag i denna mening. Polymerfilmer består av stora hela molekyler som hålls samman av van der Waals-krafter, eller vätebindningar, som är märkbart svagare än de kovalenta bindningarna i själva molekylerna. Därför behåller en molekyl, även om den är medlem i ett kollektiv, viss isolering och individuella egenskaper. Huvuddragen hos polymerer är kedjestrukturen hos deras makromolekyler, vilket säkerställer deras flexibilitet. Molekylär flexibilitet, d.v.s. deras förmåga att ändra sin form (på grund av deformation av bindningsvinklar och rotationer av länkar) under inverkan av yttre mekanisk påfrestning och ett antal andra faktorer ligger till grund för alla de karakteristiska egenskaperna hos polymerer. Först av allt, förmågan hos makromolekyler till ömsesidig orientering. Det är sant att det måste noteras att det senare endast gäller linjära polymerer. Det finns ett stort antal ämnen som har en stor molekylvikt (till exempel proteiner och andra biologiska föremål), men som inte har de specifika egenskaperna hos polymerer, eftersom starka intramolekylära interaktioner hindrar deras makromolekyler från att böjas. Dessutom kan en typisk representant för polymerer - naturgummi - som "tvärbinds" med hjälp av speciella ämnen (vulkaniseringsprocess), förvandlas till en fast substans - ebonit, som inte visar några tecken på polymera egenskaper alls.
I polymerer visar sig Rehbinder-effekten på ett mycket märkligt sätt. I en adsorptionsaktiv vätska observeras utseendet och utvecklingen av en ny yta inte bara under destruktion, utan mycket tidigare, även i processen med polymerdeformation, som åtföljs av orienteringen av makromolekyler.
Fig.2. Utseende av polyetentereftalatprover sträckta i luft (a) och i ett adsorptionsaktivt medium (n-propanol) (b).
återbindande polymermetallstyrka
Figur 2 visar bilder av två lavsanprover, varav det ena sträcktes i luft och det andra i en adsorptionsaktiv vätska. Det är tydligt att i det första fallet uppträder en hals i provet. I det andra fallet krymper inte filmen utan blir mjölkvit och ogenomskinlig. Orsakerna till den observerade blekningen blir tydliga vid mikroskopisk undersökning.
Fig.3. Elektronmikrofotografi av ett polyetentereftalatprov deformerat i n-propanol. (Ökade 1000)
Istället för en monolitisk genomskinlig hals bildas en unik fibrillär-porös struktur i polymeren, bestående av filamentösa aggregat av makromolekyler (fibriller) separerade av mikrohålrum (porer). I detta fall uppnås den ömsesidiga orienteringen av makromolekyler inte i en monolitisk hals, utan inuti fibrillerna. Eftersom fibrillerna är separerade i rymden, innehåller en sådan struktur en enorm mängd mikrohålrum, som intensivt sprider ljus och ger polymeren en mjölkvit färg. Porerna är fyllda med vätska, så den heterogena strukturen bibehålls även efter avlägsnande av deformeringsspänningen. Den fibrillärporösa strukturen uppstår i speciella zoner och, när polymeren deformeras, fångar den en ökande volym. Analysen av mikroskopiska bilder gjorde det möjligt att fastställa egenskaperna hos strukturella omarrangemang i polymeren som utsatts för krackelering (Fig. 4).
Fig.4. Schematisk representation av individuella stadier av polymercrazes: I - initiering av crazes, II - tillväxt av crazes, III - breddning av crazes.
Med sitt ursprung i någon defekt (strukturell inhomogenitet), som finns rikligt på ytan av alla verkliga fasta ämnen, växer raser genom hela tvärsnittet av den sträckta polymeren i riktningen vinkelrät mot dragspänningsaxeln, och bibehåller en konstant och mycket liten (~1) μm) bredd. I denna mening är de som riktiga sprickor. Men när vurm "skär" hela tvärsnittet av polymeren, bryts provet inte upp i separata delar, utan förblir en enda helhet. Detta beror på det faktum att de motsatta kanterna på en sådan typ av spricka är förbundna med de tunnaste trådarna av en orienterad polymer (fig. 3). Storleken (diametrarna) på fibrillära formationer, såväl som mikrohålrummen som separerar dem, är 1-10 nm.
När fibrillerna som förbinder de motsatta väggarna av crazes blir tillräckligt långa, börjar processen för deras fusion (i detta fall minskar ytan, fig. 5). Med andra ord, polymeren genomgår en märklig strukturell övergång från en lös struktur till en mer kompakt, bestående av tätt packade aggregat av fibriller, som är orienterade i riktning mot spänningsaxeln.
Fig. 5. Schema som illustrerar kollapsen av polymerstrukturen, som sker vid stora värden av deformation i en adsorptionsaktiv vätska, i olika stadier av sträckning
Det finns en metod för att separera molekyler genom att från en lösning adsorbera de av dem som kan tränga in i porer av en given storlek (molekylsileffekt). Eftersom porstorleken lätt kan kontrolleras genom att ändra graden av polymerdragning i ett adsorptionsaktivt medium (med hjälp av Rehbinder-effekten), är det lätt att uppnå selektiv adsorption. Det är viktigt att notera att de adsorbenter som används i praktiken vanligtvis är ett slags pulver eller granulat, som används för att fylla olika behållare (till exempel sorbenten i samma gasmask). Med hjälp av Rebinder-effekten är det lätt att få en film eller fiber med genomgående nanometrisk porositet. Med andra ord öppnar sig möjligheten att skapa ett strukturmaterial med optimala mekaniska egenskaper och samtidigt vara en effektiv sorbent.
Genom att använda Rehbinder-effekten, på ett elementärt sätt (genom att helt enkelt sträcka en polymerfilm i ett adsorptionsaktivt medium), är det möjligt att göra porösa polymerfilmer baserade på nästan vilken syntetisk polymer som helst. Porstorlekar i sådana filmer kan enkelt kontrolleras genom att ändra graden av polymerdeformation, vilket gör det möjligt att tillverka separerande membran för att lösa en mängd praktiska problem.
Rehbinder-effekten i polymerer har en stor användningspotential. För det första kan en mängd olika polymerabsorbenter, separerande membran och polymerprodukter med tvärrelief erhållas genom att helt enkelt dra en polymer i en adsorptionsaktiv vätska, och för det andra ger Rehbinder-effekten en kemist-teknolog med en universell kontinuerlig metod för att införa modifierande tillsatser i polymerer.
Lista över använt material
- 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. Stora sovjetiska encyklopedin. M.: Sovjetiskt uppslagsverk, 1975, v. 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
Den här romanen är en "samling av brokiga kapitel", där varje kapitel kallas en rad från Pushkin och är en fristående berättelse om en av karaktärerna. Och det finns många hjältar i romanen - en begåvad musiker från efterkrigstiden, en "kär kvinnokarl" och en obeskrivlig exemplarisk skolflicka från mitten av 50-talet, i vars själ passioner som är osynliga för världen brinner - avund, svartsjuka, förbjuden kärlek; en barnhemskille, en atomfysiker, son till en förtryckt kommissarie och en by-"brännare", ett vittne till Gulag och många, många andra. Privata berättelser växer till en bild av rysk 1900-talshistoria, men romanen är inte en historisk duk, utan snarare en mångfacetterad familjesaga, och ju längre berättelsen utvecklas, desto mer sammanflätas karaktärernas öden kring den mystiska Katenin familj, ättlingar till "den där Katenin", en vän till Pushkin. Romanen är full av mysterier och hemligheter, passioner och förolämpningar, kärlek och bittra förluster. Och allt oftare finns det en analogi med det snävt vetenskapliga konceptet om "Rebinder-effekten" - som en droppe tenn bryter en flexibel stålplåt, så en obetydlig, vid första anblicken, händelse förändras fullständigt och bryter ett specifikt människoliv.
"Romaner, elegant uppträdda som pärlor på ett snöre: var och en av dem är en separat berättelse, men plötsligt flyter en handling in i en annan, och karaktärernas öden korsas på det mest oväntade sätt, tråden brister inte. Hela narrativet är djupt melodiskt, det genomsyras av musik – och kärlek. Vissa älskar skämmer bort hela livet, andra kämpar smärtsamt för det. Klasskamrater och älskare, föräldrar och barn, en stark och oförstörbar enhet av människor, baserad inte på blodsförhållande, utan på kärlek och mänsklig vänlighet - och tråden i handlingen, på vilken några fler pärlor lades till, är fortfarande stark .. Detta är hur mänskliga relationer klarar den stalinistiska tidens prov, "upptining" och hyckleri av "utvecklad socialism" med dess topp - Tjernobylkatastrofen. Tråden brister inte, nästan i strid med Rebinders lag.
Elena Katishonok, pristagare av Yasnaya Polyana-priset och finalist i ryska Booker
På vår sida kan du ladda ner boken "The Rebinder Effect" av Elena Minkina-Taicher gratis och utan registrering i fb2, rtf, epub, pdf, txt-format, läsa boken online eller köpa en bok i en webbutik.
