Тиксотропия — это свойство разжижения при сдвиге, зависящее от времени . Некоторые гели или жидкости , которые являются густыми или вязкими в статических условиях, будут течь (становиться более жидкими, менее вязкими) с течением времени при встряхивании, перемешивании, сдвиговом напряжении или ином напряжении ( вязкость, зависящая от времени ). Затем им требуется фиксированное время, чтобы вернуться в более вязкое состояние. [1] Некоторые неньютоновские псевдопластичные жидкости демонстрируют зависящее от времени изменение вязкости ; чем дольше жидкость подвергается сдвиговому напряжению , тем ниже ее вязкость. Тиксотропная жидкость — это жидкость, которой требуется конечное время, чтобы достичь равновесной вязкости при резком изменении скорости сдвига. Некоторые тиксотропные жидкости возвращаются в гелеобразное состояние почти мгновенно, например, кетчуп , и называются псевдопластичными жидкостями. Другие, например, йогурт, требуют гораздо больше времени и могут стать почти твердыми. Многие гели и коллоиды являются тиксотропными материалами, демонстрирующими стабильную форму в состоянии покоя, но становящимися текучими при перемешивании. Тиксотропия возникает из-за того, что частицам или структурированным растворенным веществам требуется время для организации. [2]
Некоторые жидкости являются антитиксотропными: постоянное напряжение сдвига в течение некоторого времени вызывает увеличение вязкости или даже затвердевание. Жидкости, которые проявляют это свойство, иногда называют реопектическими . Антитиксотропные жидкости менее хорошо документированы, чем тиксотропные жидкости. [2]
Многие источники тиксотропии берут начало в исследованиях Бауэра и Коллинза как самого раннего источника происхождения. Позже, в 1923 году, другие исследователи начали экспериментировать с тиксотропией, а затем начали сообщать, что многие гели состоят из водных дисперсий Fe 2 O 3 .
Эти исследователи, Мьюис и Барнс, Шалек и Сегвари, а также Х. Фрейндлих, затем узнали, что они могут заставить гель превратиться в жидкость, просто встряхивая содержимое. Чем больше было изучено этого материала, тем больше его обнаружили во множестве других продуктов, хотя люди, производящие эти продукты, об этом не догадывались. [3]
.jpg/1280px-Quicksand_(4596511338).jpg)
Некоторые глины тиксотропны, подвержены термохимической обработке, и их поведение имеет большое значение в структурной и геотехнической инженерии . [4] [5] Оползни , такие как те, что распространены в скалах вокруг Лайм -Реджис , Дорсет и в катастрофе на отвале Аберфан в Уэльсе, являются свидетельством этого явления. Аналогично, лахар — это масса земли , разжиженная вулканическим событием, которая быстро затвердевает после остановки.
Буровые растворы, используемые в геотехнических приложениях, могут быть тиксотропными. Мед медоносных пчел также может проявлять это свойство при определенных условиях (например, вересковый мед или мед манука ).
И цитоплазма , и основное вещество в организме человека являются тиксотропными, как и семенная жидкость . [6]
Некоторые глинистые отложения, обнаруженные в процессе исследования пещер, демонстрируют тиксотропизм: изначально твердый на вид илистая отмель становится жидкой и выделяет влагу, если ее раскопать или иным образом потревожить. Эти глины в прошлом откладывались потоками с низкой скоростью, которые, как правило, откладывают мелкозернистые осадки.
Тиксотропную жидкость лучше всего визуализировать с помощью лопасти весла, погруженной в грязь. Давление на весло часто приводит к образованию высоковязкой (более твердой) тиксотропной грязи на стороне высокого давления лопасти и низковязкой (очень жидкой) тиксотропной грязи на стороне низкого давления лопасти весла. Поток со стороны высокого давления на сторону низкого давления лопасти весла является неньютоновским. (т. е. скорость жидкости не линейно пропорциональна квадратному корню перепада давления на лопасти весла).
Многие виды красок и чернил, например, пластизоли, используемые в шелкографии на текстиле, проявляют тиксотропные свойства. [7] Во многих случаях желательно, чтобы жидкость текла достаточно, чтобы сформировать равномерный слой, а затем сопротивляться дальнейшему течению, тем самым предотвращая провисание на вертикальной поверхности. Некоторые другие чернила, например, используемые в печати типа CMYK , разработаны для того, чтобы восстанавливать вязкость еще быстрее после нанесения, чтобы защитить структуру точек для точной цветопередачи.
Существует несколько методов использования тиксотропии; один из наиболее популярных методов заключается в использовании двухфазной смеси для моделирования, что позволяет смеси продолжать действовать без дополнительных уравнений, входящих в процесс тиксотропии на различных материалах. [8]
Тиксотропные чернила (вместе с картриджем под давлением газа и специальной конструкцией сдвигающегося шарика) являются ключевой особенностью ручки Fisher Space Pen , используемой для письма во время космических полетов в условиях невесомости в рамках космических программ США и России.
Припойные пасты, используемые в процессах печати при производстве электроники, являются тиксотропными.
Фиксатор резьбы — это тиксотропный клей, отверждающийся в анаэробных условиях.
Тиксотропия была предложена в качестве научного объяснения чудес разжижения крови , таких как чудо святого Януария в Неаполе . [9]
Процессы литья в полутвердом состоянии, такие как тиксоформовка, используют тиксотропные свойства некоторых сплавов (в основном легких металлов, таких как магний). В определенных температурных диапазонах и при соответствующей подготовке сплав может быть переведен в полутвердое состояние, которое может быть введено с меньшей усадкой и лучшими общими свойствами, чем при обычном литье под давлением .
Выпаренный кремнезем обычно используется в качестве реологического агента для придания тиксотропности маловязким жидкостям. Примеры варьируются от пищевых продуктов до эпоксидной смолы в структурных связующих приложениях, таких как угловые соединения .
Тиксотропия показала себя полезной во многих отношениях в отношении цементного теста. Тиксотропия позволяет цементу разрушаться таким образом, что пользователь может медленно и контролируемо наносить пасту, чтобы она затем могла затвердеть и высохнуть. [10]
Тиксотропия также используется в буровых растворах из-за их реологического состава. Однако это связано с гидравликой бурения и тем, как тиксотропия влияет на процесс гидравлики. [11]
Хотя тиксотропия, как было замечено, приносит пользу в областях, относящихся к глине и цементу, материал также имеет много вредных эффектов. Чтобы попытаться предотвратить разрушение тиксотропией устойчивости бетона, начали использовать кататонический полимер для противодействия тиксотропии, однако этот агент необходим для того, чтобы обеспечить смешивание глины и цементного материала. [12] В настоящее время не существует истинного способа противодействовать эффекту тиксотропии, одновременно позволяя ей разрушать материалы в цементе и глине.
Слово происходит от древнегреческого θίξις thixis 'касание' (от thinganein 'касаться') и -tropy , -tropous , от древнегреческого -τρόπος -tropos 'поворота', от τρόπος tropos 'поворот', от τρέπειν trepein , 'поворачивать'. Следовательно, его можно перевести как что-то, что поворачивается (или изменяется) при прикосновении. Первоначально он был изобретен Гербертом Фрейндлихом для золь-гель преобразования. [13]
Словарное определение тиксотропии в Викисловаре