Дилатансія

Дилатансія (від лат. dilate — розширюю) —

1. Для дисперсних систем, зокрема, у геології — зміна об'єму гірської породи, пов'язана з деформацією зсуву. Для більшості висококонцентрованих дисперсних систем спостерігається збільшення об'єму системи (додатна дилатансія). Прикладами таких систем є піскуваті ґрунти, обводнені глини, зволожений вулканічний попіл тощо. Це явище було відкрите в 1885 році Рейнольдсом. У пружному середовищі, а також у рідинах і газах дилатансія не спостерігається.
2. У колоїдній хімії — явище, протилежне до тиксотропії; полягає у невеликому опорі системи при низькій напрузі зсуву й високому опорі при високих зсувних зусиллях або у затвердіванні колоїдних систем при швидкому русі і поверненні до початкового стану після його припинення.

Дилатансійні системи (рис. залежність 4) відрізняються від псевдопластичних тим, що при збільшенні градієнта швидкості уявна в'язкість таких середовищ збільшується. При достатньо великих градієнтах швидкості напруження зсуву від нього не залежить. Така закономірність спостерігається в висококонцентрованих суспензіях (вміст твердого більше 42 %). Важкі суспензії, що застосовуються в практиці збагачення корисних копалин, своїми властивостями наближаються або до ньютонівських рідин, або до в'язкопластичних середовищ. До першої групи належать безструктурні суспензії, в яких взаємодія між частинками відсутня (малий вміст твердого, добавка пептизаторів). До другої групи належать структурні суспензії, в яких частинки твердої фази взаємодіють між собою. З технологічної точки зору структурні суспензії, що використовуються в практиці збагачення розділяють на три типи: слабкоструктурні (τд ≤ 3 Па), структурні (3 < τд ≤ 8 Па) і сильноструктурні (τд > 8 Па).

Дилатансія дисперсних систем

Криві різниці напружень (Stress Difference) в залежності від деформації (Axial Strain — осьова деформація) в щільних пісках.

Дилатансія зразка щільного піску в простому зсуві. Shear Strain — Зсувна деформація; Shear Stress — Напруга зсуву.

Дилатансія дисперсних систем — зміна об'єму матеріалу при зсувній деформації. Для більшості висококонцентрованих дисперсних систем (переважно високонаповнених твердою фазою) спостерігається збільшення об'єму системи (позитивна дилатансія). Прикладами таких систем можуть служити піщані ґрунти, концентровані водні дисперсії глинозему, мінеральних в'яжучих, бетонних сумішей, глин, крохмалю, діоксиду титану, латексу, дисперсії заліза в CCl₄. Якщо зміна об'єму обмежена, зсувна деформація системи супроводжується зростанням дотичних напруг і, відповідно, зсувною в'язкістю (т. зв. реопексія). Іноді зустрічається і негативна дилатансія — зменшення об'єму матеріалу при його зсувній деформації. Така дилатансія виявлена ​​у губчастій гумі, металічних монокристалів, деяких видів глин і глинистих ґрунтів, асфальту. Для ряду дисперсних систем, напр., бітумів з мінеральним наповнювачем, водних дисперсій , виявлена ​​дилатансія при накладенні вібрації в процесі безперервного зсувного деформування. Це явище отримало назву вібродилатансії.

Позитивна дилатансія обумовлена ​​головним чином тим, що при високому об'ємному вмісті твердої дисперсної фази збільшується число контактів між частинками і зменшується частка «вільного об'єму», заповненого дисперсійним середовищем. Зсувна деформація таких систем можлива за умови переміщення частинок в напрямку, нормальному до напрямку зсуву, тобто за умови збільшення об'єму системи. Дилатансія порівняно малоконцентрованих дисперсій можливо викликана, крім того, сильною анізотропією частинок і їх розворотом при деформації до орієнтації в напрямку зсуву; мабуть, це є причиною дилатансії деяких видів глин, водних дисперсій пентоксіду ванадію, хризотилового азбесту і ін.

Реопексія — зростання в'язкості (і напруги зсуву) обумовлена ​​структуруванням дисперсної системи в процесі зсувного деформування з малою швидкістю. Проявляється у водних суспензіях гіпсу, п'ятиоксиду ванадію та ін. Якщо швидкість деформування збільшується, структура що утворилася може зруйнуватися і ефективна в'язкість системи знижується в міру зростання швидкості деформування. На відміну від реопексії, дилатансія високонаповнених систем можливо не пов'язана зі структуроутворенням.

Дилатансія необхідно враховувати в технол. процесах, пов'язаних з переробкою дисперсних систем, при перемішуванні бетонних сумішей, формуванні виробів з наповнених пластмас, трубопровідному гідротранспорті водовугільних дисперсій та ін.

Термін «дилатансія» введений О. Рейнольдсом (1885); детально явище вивчено М. Рейнером.

Література

• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — .
• Рейнер М. Деформация и течение. Введение в реологию, пер. с англ., М., 1963
• Рейнер М. Реология, пер. с англ., М., 1965
• Уилкинсон У. Л. Неньютоновские жидкости, пер. с англ., под ред. А. В. Лыкова, М., 1964
• Урьев Н. Б., Высококонцентрированные дисперсные системы, М., 1980
• Ефремов И. Ф. «Успехи химии», 1982, т. 51, № 2, с. 285—310
• Глосарій термінів з хімії / уклад. Й. Опейда, О. Швайка ; Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Дон. : Вебер, 2008. — 738 с. — .

Примітки

1. . Архів оригіналу за 29 червня 2020. Процитовано 29 червня 2020.
2. «ДИЛАТАНСИЯ»: Рейнер М. Деформация и течение. Введение в реологию, пер. с англ., М., 1963; Рейнер М. Реология, пер. с англ., М., 1965; Уилкинсон У. Л., Неньютоновские жидкости, пер. с англ., под ред. А. В. Лыкова, М., 1964; Урьев Н. Б., Высококонцентрированные дисперсные системы, М., 1980; Ефремов И. Ф., «Успехи химии», 1982, т. 51, № 2, с. 285—310.
3. Osborne Reynolds: On the dilatancy of media composed of rigid particles in contact, with experimental illustrations. In: Philosophical Magazine/5. Serie. Nr. 20, ISSN 1478-6443, S. 469–481.