Тиксотропия — какво е, свойства и примери на тиксотропни флуиди

Открийте тиксотропията: свойства, примери и приложения на тиксотропни флуиди — защо текат при разбъркване и как се възстановяват след покой.

Тиксотропията е свойство на някои гелове или течности, които са вискозни (гъсти) при нормални условия, но текат (стават тънки, по-малко вискозни), когато се разклащат, разбъркват или натоварват по друг начин. На по-технически език: при някои ненютонови флуиди се наблюдава промяна във вискозитета; колкото по-дълго флуидът е подложен на срязващо напрежение, толкова по-нисък е неговият вискозитет. Тиксотропен флуид е флуид, на който му е необходимо крайно време, за да достигне равновесен вискозитет, когато е подложен на стъпаловидна промяна в скоростта на срязване. Много гелове и колоиди са тиксотропни материали, които показват стабилна форма в покой, но стават течни при разбъркване.

Как работи тиксотропията (механизъм)

Тиксотропията се дължи на обратима промяна в микроструктурата на материала при прилагане на напрежение или движение. В покой частиците, полимерните вериги или мицелните структури образуват пространствена мрежа (флокули, агрегати, мрежи от полимери), която „захваща“ матрицата и увеличава устойчивостта на поток. Под действие на срязващи сили тази вътрешна структура се разрушава — частиците се подреждат по потока или полимерните връзки се разгъват — и резултатът е по-нисък вискозитет. След прекратяване на натоварването структурата постепенно се възстановява (реконструкция) и вискозитетът се връща към първоначалната стойност, макар и с определено време за възстановяване.

Разлика между тиксотропия и псевдопластичност

Важно е да се прави разлика между:

• Псевдопластичност (независима от времето срязване) — вискозитетът намалява веднага с увеличаване на скоростта на срязване (широко разпространено поведение при полимери и суспензии), но ефектът е практически моментален и не зависи от продължителността на натоварването.
• Тиксотропия (времезависимо срязване) — за намаляване на вискозитета е необходимо време; при една и съща скорост на срязване вискозитетът продължава да намалява с времето, докато структурата се разрушава.

Примери на тиксотропни флуиди

• Боя и лак — в покой държат форма и не текат, но при четкане или валцоване се втечняват и лесно се нанасят.
• Бормаси и глинени суспензии (напр. бентонитови суспензии) — важни в сондажните течности за поддържане на пробен материал при покой и лесно изпомпване при работа.
• Кремове и козметични гелове — лесни за нанасяне при втрийване, но не се оттичат от опаковката.
• Некоторые строителни смеси и циментови пасти — при вибрация временно се втечняват, след което се възстановяват (важно за уплътняване и оформяне).
• Някои хранителни продукти (определени сосове, желета) — показват времезависима промяна на структурата при разбъркване.

Антитиксотропия (реопектия)

Някои материали показват обратен ефект — при постоянно срязващо натоварване вискозитетът нараства с времето и материалът може да се втвърди. Този феномен се нарича реопектия (rheopecty) и е по-рядко срещан. В литературата понякога се използва и терминът "антитиксотропни", но по-прецизната техническа дума е реопектни материали. Механизмите включват образуване на по-плътни структури под непрекъснато натоварване, агрегирането на частици или увеличаване на вътрешните връзки с времето.

Измерване и оценка

• Основният инструмент е реометр или ротационен вискозиметър (cone-and-plate, cup-and-bob), които позволяват контрол на скоростта на срязване или прилагане на срязващо напрежение и записване на промяната на вискозитета във времето.
• Често се използва тест със стъпаловидна промяна (step-shear test): прилагат се различни нива на срязване за определено време и се наблюдава времевият ход на вискозитета.
• Друг често прилаган метод е хистерезисна крива (напр. постепенно увеличаване и след това намаляване на скоростта на срязване) — площта на хистерезисната петля често служи като индекс на тиксотропията.
• Параметри: време за разрушаване, време за възстановяване (рекоуперейшън), тиксотропен индекс и площ на хистерезис.

Приложения и практическо значение

• В бояджийството тиксотропните багрилни системи предотвратяват постъпване и „подтичане“ при прилагане, но осигуряват добра разливност при нанасяне.
• В сондажната индустрия тиксотропните бормаси поддържат взети частици (проби) и пренасят отпадъци до повърхността, но могат да се изпомпват лесно при движение.
• В фармацията и козметиката тиксотропията улеснява дозиране и нанасяне, като същевременно осигурява стабилност в опаковката.
• В строителството тиксотропните циментови пасти и бетонови смеси намаляват отделянето на вода и подобряват обработваемостта при вибриране.
• В геотехника някои глини показват тиксотропно поведение, което е важно за стабилността на насипи и оразмеряване при динамично натоварване; в определени случаи бързото разрушаване на структурата води до внезапно намаляване на носимоспособността (ликвефакция).

Практически бележки

• Не всеки материал, който „става по-течен при разбъркване“, е строго тиксотропен — важно е да се установи дали промяната зависи от продължителността на срязването.
• Тиксотропията е по-значима при концентрирани суспензии и при материали с ясна вътрешна мрежа от връзки; добавки, температура и соленост могат силно да влияят върху поведението.
• При формулиране на продукти трябва да се балансира скоростта на разрушаване и скоростта на възстановяване, за да се постигне желаната работоспособност и стабилност.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява тиксотропията?

В: Какво представляват ненютоновите флуиди?

В: Какво е тиксотропен флуид?

В: Кои материали са примери за тиксотропни материали?

В: Какво представляват антитиксотропните течности?

В: Как може да се приложи постоянно напрежение на срязване към течност?

В: Срещат ли се антитиксотропни флуиди?

Търсене по буква