Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
В данной работе предлагается использовать ротационный вискозиметр типа РВ-8М (рис. 59).
191
Рис. 59. Схема ротационного вискозиметра:
1—лимб; 2— блок; 3— стопор; 4— внутренний цилиндр; 5 — внеш ний цилиндр в термостате; 6—подъемная плоідадка; 7 — винт 8— маховик; 9—подъемный механизм; 10 — стопорный винт.
Рабочий узел этого вискозиметра представляет собой два коаксиальных цилиндра с рифлеными поверхностями — внутренний 4 и внешний 5. Внутренний цилиндр (ротор) закрепляется при помощи резьбового соединения на оси, установленной на подшипниках. На этой же оси закреплен лимб 1, по кото юму ведут отсчет оборотов ротора. К лимбу прикреплена капроновая нить, пропущенная через блок 2. На конце нити находится чашечка для груза. Лимб зафиксирован стопором 3, при опускании которого груз начинает перемещаться, приводя в движение ротор с отсчетным лимбом.
Исследуемую суспензию (объемом 10 мл) наливают во внешней цилиндр вискозиметра, который устанавливают на подъемной площадке 6 и фиксируют винтом 7. Площадку с цилиндром поднимают вверх до упора вращением маховика 8 подъемного механизма 9 и фиксируют стопорным винтом 10. При этом торец ротора должен находиться в одной плоскости с торцом внешнего цилиндра, а суспензия должна полностью заполнять зазор между цилиндрами.
Для расчета вязкости системы определяют скорость вращения ротора путем регистрации времени, необходимого для совершения двух оборотов лимба в установившемся режиме течения. Стационарный режим течения устанавливается после 1 —1,5 оборотов ротора (лимба).
Эффективную вязкость суспензии рассчитывают по формуле
Р Рх
Ч=—= Аі— №1-9)
N
где Й1 — константа прибора (определяется путем калибровки но эталонным жидкостям с известной вязкостью); N — число оборотов лимба за время т.
Напряжение сдвига находят так:
Р = коР
(VII. 10)
где кг — постоянная, зависящая От геометрических размеров внутреннего и внешнего цилиндров; для используемого вискозиметра = 9,25-10~3 Н/(м2-кг); Р — масса груза.
Перед измерением вязкости при другой нагрузке груз поднимают путем вращения верхней части лимба по часовой стрелке при закрытом стопоре (ротор при этом не вращается).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для проведения работы необходимы:
Ротационный вискозиметр и разновесы. Секундомер.
Стаканы и градуированная пипетка емкостью 10 мл.
192
Металлический шпатель. Пылевидный кварц.
Раствор водорастворимого полимера, например 1 %-ный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
Часть 1. Исследование влияния концентрации дисперсной фазы на реологические свойства суспензий
Готовят четыре суспензии пылевидного кварца с различной концентрацией твердой фазы:
Номер образца .... 1 2 3 4
Навеска кварца, г . - 11 13 14 15
Объем раствора поли-
мера, мл....... 7 7 6 6
Концентрация дисперс-
ной фазы, % (масс.) . . 60 65 70 72
Суспензии тщательно перемешивают шпателем. Исследуемую суспензию наливают во внешний цилиндр вискозиметра и проводят измерение вязкости, как указано выше, при последовательно увеличивающихся нагрузках. Нагрузки увеличивают до тех пор, пока продолжительность двух оборотов лимба вискозиметра не будет составлять 3—4 с (этот предел обусловлен переходом к турбулентному режиму течения). Для каждого образца суспензии проводят не менее 7—8 измерений.
Рассчитывают скорость деформации у =/V/(&п0 и по уравнению (VII. 9) эффективную вязкость. Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. VII. 2).
По расчетным данным строят реологические кривые течения у = = /(Р) и эффективной вязкости г) = /(Р). По кривым течения определяют предел текучести Рт для каждого образца суспензии, строят график зависимости Рт от концентрации дисперсной фазы и анализируют полученные результаты.
Часть 2. Исследование влияния вязкости дисперсионной среды на реологические свойства суспензий
Из исходного раствора водорастворимого полимера готовят водные растворы по 10 мл с концентрациями 0,4, 0,6, 0,8 % (масс). Навески кварца по 14 г помещают в 4 фарфоровых стакана и с помощью пипетки наливают в них по 5 мл исходного и приготовленных растворов полимера. Суспензии тщательно перемешивают шпателем.
Таблица VII. 2. Результаты измерения скорости деформации и эффективной вязкости суспензий с различной концентрацией дисперсной фазы
Номер образца Концентрация дисперсной фазы, % (масс.) Р. г Р. Я/м2 1, с N. об. об/с ті, Н-с/м2
1
193
Таблица VII. 3. Результаты измерения скорости деформации и эффективной вязкости суспензий с различной вязкостью дисперсионной среды
Номер образца Концентрация полимера, % (масс.) Л г Р, Н/м2 т, с N. об. V. об/с Г|, Н-с/м2
Исследуемую суспензию наливают во внешний цилиндр вискозиметра и измеряют вязкости при последовательно увеличивающихся нагрузках.
По полученным экспериментальным данным рассчитывают скорость деформаций у и эффективную вязкость т) (порядок расчета указан в первой части работы). Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. VII. 3).
По расчетным данным строят реологические зависимости у"=((Р) и ц = 1(Р). По кривым эффективных вязкостей г\ = 1(Р) определяют значения вязкостей т^акс и г)мин, соответствующих неразрушенным и предельно разрушенным структурам для каждого образца суспензии, и строят графики их зависимости от вязкости дисперсионной среды. Вязкость растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (ЫаКМЦ):
