Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ - Генералов М.Б.
ISBN 5-94628-130-5
Скачать (прямая ссылка):
39 стройкой и изменением структуры в процессах истечения из сосудов, движения в транспортных системах и компактирования при воздействии внешнего давления технологических машин и устройств.
Силы взаимодействия между твердыми частицами в общем случае делятся на меж- и внутричастичные силы связи химической природы, молекулярные, электростатические (кулоновские), магнитные.
Силы связи химической природы являются внутримолекулярными, они возникают внутри частиц и между кристаллами в поликристаллических агрегатах. Эти силы порождаются в результате электрического взаимодействия между атомами и могут быть ионными или ковалентними.
Характерной чертой внутримолекулярных сил является значительная энергия связи (количество энергии, выделяющейся при образовании данной связи между атомами), достигающая IO2-IO3 Дж/моль и имеющая небольшой радиус эффективного действия, не превышающий десятых долей нанометров. Следовательно, эти силы являются близкодействующими; прочность связей близка к прочности кристаллических зерен.
В порошкообразных композициях силы химической связи практически не проявляют себя. На свежих твердых поверхностях могут быть не насыщенные химические связи (валентные силы), которые, однако, быстро нейтрализуются в результате адсорбции атомов и молекул из окружающей атмосферы. В связи с такой нейтрализацией и очень ограниченным интервалом действия этих сил ненасыщенные химические связи оказывают влияние на адгезию или агломерацию твердых частиц лишь в исключительных случаях.
Молекулярные, электрические и магнитные силы связи являются межмолекулярными (межчастичными). Прочность связей между отдельными частицами значительно меньше внутримолекулярных связей.
Молекулярные силы взаимодействия, возникающие между двумя частицами, могут быть значительными, когда поверхности частиц достаточно близки между собой. Однако они быстро убывают по мере увеличения расстояния между контактными участками. Необходимое условие развития таких связей заключается в тесном сближении поверхностей, вступающих в контакт. Вот почему у хорошо сыпучих тел эти связи вообще отсутствуют, и прочность таких материалов определяется главным образом силами механического сцепления.
Поскольку неровности на поверхности очень мелких частиц значительно меньше по абсолютной величине, чем неровности на поверхностях более крупных частиц, склонность к агломерации более мелких частиц намного выше как из-за их способности к более тесному сближению, так и ввиду их относительно высокой удельной площади поверхности. Поэтому и прочность спрессованных материалов тем выше, чем мельче частицы материала.
40 Об этом свидетельствуют приведенные на рис. 2.3 данные изменения прочности при сжатии прессовок из чешуированного тринитротолуола плотностью 1580 кг/м3 в зависимости от среднего диаметра частиц [4].
Согласно Е.М. Лифшицу сила молекулярного притяжения между двумя твердыми частицами
F = - — пр ^m+1 '
где а,т — постоянные, зависящие от свойств материала частиц; т = 3 при h < Xc и т = 4 при h > Xc (здесь Xc - спектральная характеристика атомов взаимодействующих частиц); h — расстояние между поверхностями частиц.
Нужно учитывать, что последнее выражение относится к взаимодействию двух отдельных частиц. В действительности благодаря взаимному влиянию множества частиц суммарная сила взаимодействия двух смежных частиц определяется более сложной зависимостью.
Энергия связи, создаваемая молекулярными силами межчастичного взаимодействия, значительно (часто на два порядка) меньше энергии связи, создаваемой внутримолекулярными силами. Расстояние, на котором сказывается действие молекулярных сил, значительно больше, чем у внутримолекулярных, и составляет от 0,5—1,0 нм до нескольких сотен нанометров.
При очень малых расстояниях (меньше 0,1 нм) притягивающие силы взаимодействия между соседними частицами становятся отталкивающими. Обусловлены они борновским взаимодействием между электронными оболочками. Сила отталкивания
FOT =-
.«+1
где b, п — постоянные, зависящие от свойств материала частиц.
Результирующая этих двух сил
мм
F +F
'от пр
!,« + І
і Л1+1
Рис. 2.3. Прочность прессовок из тринитротолуола на сжатие в зависимости от среднего диаметра частиц
при п> т.
Графически зависимость сил взаимодействия между частицами от расстояния между ними изображена на рис. 2.4. По оси абсцисс отложено
41 ^Mt *
'Ч ] '
I1 -V j
\
I \ IP- ¦
I \
\ \
\ N 3
hO
**
f S
Рис. 2.4. Зависимость сил взаимодействия между частицами от расстояния между ними: 1 — сила притяжения; 2 — результирующая сила; 3 — сила отталкивания
расстояние между частицами, а по оси ординат — силы взаимодействия между ними; Л0 соответствует расстоянию, при котором равнодействующая сила равна нулю.
С учетом того, что F = -dU/dh, суммарная энергия взаимодействия двух частиц
U= A/hm - B/h",
где А = а/т\ В — Ь/п.
При h = когда Fp = 0, энергия взаимодействия между частицами имеет минимум.
Электростатические силы возникают в результате накопления на поверхности частиц электростатических зарядов. При разнозначных заряженных частицах они притягиваются, а при однозначных отталкиваются. Поскольку эти силы существенно зависят от полярности отдельных частиц и окружающих стенок, а также от конфигурации сближающихся поверхностей, точно оценить их влияние очень трудно. Для приближенных оценок можно использовать закон Кулона, описывающий силы, действующие между двумя электрическими зарядами. Энергия взаимодействия U и сила взаимодействия F31 соответственно:
