CC BY
14ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 51 (11) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2008
УДК 532.135
О.И. Давыдова, Д.А. Агафонов, В.А. Падохин, А.Г. Захаров, А.В. Агафонов
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА В ДИСПЕРСИЯХ ПОЛИСАХАРИДОВ
С ПОМОЩЬЮ ЧИСЛА МАСОНА
(Институт химии растворов РАН) E-mail:[email protected]
Проведен анализ электрореологического эффекта в 30% дисперсиях полисахаридов (гидроксипропилцеллюлозы, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы и крахмала) в полидиметилсилоксане. Установлено, что семейства кривых относительной вязкости дисперсий полисахаридов в электрических полях напряженностью до 5кВ/мм и при различных скоростях сдвига описываются единой зависимостью от числа Масона. Это указывает на общую поляризационную природу взаимодействий, приводящих к изменению вязкости при наложении электрических полей на данные системы.
ВВЕДЕНИЕ
Электрореологический эффект - быстрое, обратимое изменение вязкости дисперсных систем широко исследуется для создания электроуправ-ляемых устройств. На основе электрореологических эффектов в автомобильной технике, робототехнике, космической технике, медицине, микроэлектромеханических системах разработаны элек-троуправляемые демпферы, сцепления, клапаны, захваты, элементы прецизионного позиционирования, тактильные устройства и др.. Существенное значение в величине электрореологического эффекта играет химическая природа дисперсной фазы. Ранее нами был экспериментально изучен электрореологический эффект в 30% дисперсиях полисахаридов (гидроксипропилцеллюлозы, кар-боксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы и крахмала) в полидиметилсилоксане [1, 2]. Было установлено, что влияние электрических полей на кажущуюся вязкость, напряжение сдвига, напряжения при растяжении и сжатии дисперсий зависит от типа полисахарида, используемого в качестве материала дисперсной фазы. Целью данной работы являлось использование числа Масона в качестве критерия подобия для анализа общих закономерностей в электрореологическом эффекте в дисперсиях полисахаридов.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Структура и реология электрореологических жидкостей определяются различными связанными между собой силами взаимодействия
дисперсных частиц в электрических полях. Эти взаимодействия могут быть обусловлены поляризационными явлениями, эффектами перекрывания внешних оболочек частиц дисперсной фазы, вращением частиц в электрических полях и др.. Для режима установившегося сдвигового течения электрореологической жидкости большой интерес представляет описание на основе взаимосвязи между гидродинамическими (вязкостными) и электростатическими поляризационными силами с помощью числа Масона [3]:
Мп=Псу/2вовс Р2Б2, где Пс - относительная вязкость ЭРЖ в электрическом поле, у- скорость сдвига, е0-диэлектрическая постоянная вакуума, ес - диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды, в- поляризуемость частиц дисперсной фазы, Е- напряженность электрического поля.
На основании измеренных ранее значений вязкости дисперсий полисахаридов в силиконовом масле в присутствии постоянного электрического поля разной напряженности [1] были построены графические зависимости относительной вязкости суспензий от величины у/Е2 при различных значениях скорости деформации. Подробно методика измерения вязкости электрореологических жидкостей изложена в работе [4]. Значения относительной вязкости оценивались отношением вязкости суспензий при наложении электрического поля к вязкости жидкости без поля. На рисунке 1(а,б,в,г) представлены полученные зависимости для систем на основе различных полисахаридов.
80-, 70
60 50
к 40
30 20
10
■ —w=100 об/мин • —w=50 об/мин w=60 об/мин т—w=20 об/мин
20
40
60
80
T7E2
350
300
250
200
150
100
50
— «^w=100 об/мин —•—w=60 об/мин —a— w=50 об/мин —w=20 об/мин —»^w=10 об/мин
20
—I—
40
~60~
80 у/в2
б
а
0
0
0
35-
30-
25-
2015
10-
5
0
-■^w=100 об/мин -•^w=50 об/мин -a— w=20 об/мин
—I—
20
—I—
40
~60~
80 у/В2
80-,
7060-
50-
4030-
2010-
0
-^w=100 об/мин -^w=60 об/мин w=20 об/мин
20
40
60
80 у/В2
в
г
0
Рис 1. Зависимость относительной вязкости суспензии с содержанием дисперсной фазы (а- карбоксиметилцеллюлоза, б- гидро-
ксипропилцеллюлоза, в-гидроксиэтилцеллюлоза, г- крахмал) 30 вес.% в полидиметилсилоксане от у/Е2. Fig. 1. Suspension relative viscosity with content of dispersion phase (а-carboxymethyl cellulose, б - hydroxypropyl cellulose, в - hy-droxyethyl cellulose6 г - starch) of 30 weight% in polydimethylsiloxane vs у/Е2.
140-
120-
o 100-
80 60
40
20
0
■ -ГОЭЦ •-ЫаКМЦ крахмал т-ГОПЦ
8 10 12 14 16 18 у/В2
Рис 2. Зависимость относительной вязкости суспензий различных полисахаридов с содержанием дисперсной фазы 30
вес.% в полидиметилсилоксане от y/E2. Fig. 2. Suspension relative viscosity of various polysaccharides with content of dispersion phase of 30 weight% in polydimethylsiloxane vs у/Е2.
Как следует из рисунков, данные относительной вязкости сливаются в одну кривую. Это свидетельствует о том, что поляризационно-контролируемая структура суспензий существенно не изменяется с изменением силы поля. Смена природы полисахарида не оказывает существенного значения на ход представленной зависимости.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ грант №07-03-00300.
ЛИТЕРАТУРА
1. Давыдова О.И. и др. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51. Вып. 11. С. 41-43.
2. Давыдова О.И. и др. Механика композиционных материалов и конструкций 2008. Т. 14. № 1. С. 97-104.
3. Marshall L., Zukoski C.F., Goodwin J.W. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1989. N 1. V. 85. P. 2785.
4. Краев А.С. и др. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007. Т. 50. Вып. 6. С. 35-39.
