Введение к работе
Актуальность работы
Исследование свойств жидкого состояния вещества и создание теории описывающей выявленные особенности жидкости стало одной из важнейших задач современной физики. Перспективным направлением является изучение кремнийорганических соединений, в частности, линейных алкилсилоксанов (АС). Возможность варьирования их молекулярной структуры ведет к широкому применению этих материалов в различных отраслях техники. В этой связи экспериментальные и теоретические исследования свойств кремнийорганических жидкостей весьма актуальны.
Основной задачей работы в этом направлении является установление связи макроскопических свойств вещества со структурой молекул и характером их взаимодействия.
Современное состояние теории физики жидкости не всегда позволяет удовлетворительно описывать свойства даже простых жидкостей (мономеров). Поэтому большое значение приобретает экспериментальное изучение свойств различных классов жидкостей в широком интервале температур и давлений с использованием новых методов эксперимента. Эти свойства сложным образом зависят от движений как целой молекулы, так и отдельных ее фрагментов, а также перегруппировок молекулярных роев, кластеров (коллоидные системы). Вероятность протекания этих процессов (время релаксации) описывается уравнением Аррениуса. Учитывая большой диапазон переходов из одного физического состояния в другое у линейных алкилсилоксанов разной природы, изучение таких материалов необходимо проводить в широком спектре частот.
Решение таких задач требует проведения многоуровневых исследований.
-
Исследование релаксационных свойств АС акустическими методами позволяет установить связь между акустическими и молекулярноки-нетическими параметрами вещества и более полно определить структурные и кинетические процессы, проявляющиеся в характере частотной зависимости скорости и коэффициента поглощения ультразвука (УЗ) в диапазоне частот со = 107 -ї- 108рад/с.
-
Использование вискозиметрического метода дает возможность изучать релаксационные процессы в АС в диапазоне ю = 0 *- 37рад/с.
-
Изучение АС акустическим и трибологическим методами позволяет определить влияние релаксационных процессов на характер течения олиго-мера под давлением (со = 21 + 157 рад/с и 108 рад/с, и р = 100 -*1300 Па).
-
Исследование влияния структуры АС (ориентанта) на тип ориентации жидких кристаллов (ЖК) проводится в ЖК ячейках-.
Использование метода ЖК-ориентации позволяет определить влияние релаксационных процессов на поверхностные свойства АС.
Предполагалось, что исследования в широком диапазоне частот с использованием расчетных методов дадут представление о релаксационных процессах, происходящих в АС и приведут к созданию физически обоснованных моделей и представлений.
Цель работы:
Изучение вязкоупругих свойств АС и процессов их релаксации в широком диапазоне частот при различных изотермических и изобарных условиях.
Для этого должны быть решены следующие задачи:
-
Нахождение расчетной температуры стеклования АС.
-
Установление температурно-частотных зависимостей скорости звука и коэффициента поглощения ультразвука от структурных и кинетических процессов, происходящих в АС.
-
Изучение зависимости напряжения сдвига и вязкости от скорости сдвига.
-
Изучение характера течения АС под давлением.
-
Изучение влияния структурных процессов, происходящих в АС, на ориентацию ЖК.
Научная новизна:
-
Показано, что кремнийорганические жидкости с различным молекулярным строением АС-2 и АС-8 имеют близкие температуры фазовых переходов, что объясняется расчетами молекулярной упаковки веществ, данными протонного магнитного резонанса (ПМР) и сканирующей калориметрии.
-
Акустическими методами установлено, что релаксационные процессы в АС имеют малые времена (т„= 10"8 -*- 10"9с) и малые величины энергии активации (АЕа~ 15 кДж/моль). Эти процессы связаны со структурной релаксацией (образованием кластеров). В этом случае причиной их образования являются значительные межмолекулярные взаимодействия.
3. Методом вискозиметрии установлено, что АС при пониженных
температурах структурируются в системы (студни), которые легко
разрушаются при малых напряжениях сдвига. Температуры, при которых
происходят эти морфологические изменения, являются важной
эксплуатационной характеристикой - температурой потери текучести. В
этом случае можно предположить, что АС являются коллоидными
системами с лиофильными свойствами.
-
Акустическим и трибологическим методами определено, что релаксационные свойства АС под давлением проявляются в изменении характера течения, которое сопровождается снижением смазывающих свойств в результате падения вязкости.
-
В ЖК ячейках одним из факторов, определяющих их ориентацию, являются релаксационные процессы в АС.
Практическая ценность.
1. Проведенные исследования показали, что в АС протекают
структурные релаксации (образование кластеров). По времени жизни,
энергии активации процессов, способности АС образовывать студни эти
материалы относятся к лиофильным коллоидам. Это предположение и
зависимость физических свойств от природы АС позволяют управлять
режимом текучести.
-
Полученные результаты позволяют с помощью классических формул Френкеля и Эйринга описывать смазочные свойства АС, в результате чего можно будет моделировать процесс смазки и разрабатывать новые смазочные материалы.
-
Проведенные исследования дают возможность применить отдельные положения теории конденсированного состояния вещества (особенности поглощения УЗ), для оптимизации материалов, и созданию систем с нужными характеристиками (создание ориентантов ЖК)
Автор защищает:
-
Результаты экспериментальных исследований акустических свойств алкилсилоксанов при изменяющейся температуре, частоте и давлении; позволяющие определить кинетические, реологические особенности этих материалов.
-
Результаты расчетов процессов, связанных с релаксацией вязких и упругих свойств изотропных кремнийорганических жидкостей.
