WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 10 03;08 Релаксация объемной и сдвиговой вязкостей в диэтилсилоксане и этилоктилсилоксане © В.В. Сурнычев, В.И. Коваленко, А.С. Лагунов, В.В. Беляев Московский государственный областной университет, 107005 Москва, Россия e-mail: conrad@nm.ru (Поступило в Редакцию 10 февраля 2005 г.) Выполнены экспериментальные исследования температурной и частотной зависимостей скорости и коэффициента поглощения ультразвука в диэтилсилоксане и этилоктилсилоксане в диапазоне частот от 4 до 63 MHz и интервале температур от 293 до 348 K импульсно-фазовым методом переменного расстояния.

На основе обработки экспериментальных данных установлена частотная зависимость коэффициентов объемной и сдвиговой вязкостей. Определены значения коэффициентов объемной и сдвиговой вязкостей, а также времени релаксации обнаруженных релаксационных процессов.

К органосилоксанам относят вещества, молекулы ко- туры, а следовательно, к изменению всех структурно торых состоят из основной неорганической силоксано- чувствительных свойств, которые носят релаксационный вой цепочки, содержащей [Si–O] звенья, и органических характер. Согласно [3], заместителей при кремнии [1,2], некоторые физические 22 4 свойства которых до настоящего времени мало изуче= S + V, (1) 2 f c3 3 ны. Особый интерес представляет изучение релаксации 0 вязкоупругих свойств рассматриваемого типа веществ где S и V — сдвиговая и объемная вязкости.

методом акустической спектроскопии. Полученные при При V = 0 получаем соотношение этом данные по скорости и коэффициенту поглощения ультразвука являются ценными как в прикладном плане, 22 4 = S, (2) 2 так и в плане оценки применимости феноменологиf c3 3 S 0 ческих теорий вязкоупругих сред. Деформации сжатия описывающее потери, связанные со сдвиговой и сдвига, возникающие при распространении упругих вязкостью („стоксовское“ поглощение). Величину волн, приводят к изменению порядка в расположении 2 (/ f ) - (/ f )S называют сверхстоксовским погломолекул и их комплексов, т. е. к перестройке струкРис. 1. Частотные зависимости для ДЭС (a) и ЭОС (b) экспериментальных значений коэффициента поглощения / f (1–4) в сравнении с теоретическими расчетами (9–12) по (3) и коэффициентом поглощения (/ f )S (5–8), рассчитанным по (2). T = (1, 5, 9), 45 (2, 6, 10), 60 (3, 7, 11), 75C (4, 8, 12).

9 132 В.В. Сурнычев, В.И. Коваленко, А.С. Лагунов, В.В. Беляев Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента поглощения ультразвука / f в ДЭС (a) и ЭОС (b) (1–5) при f = 4.2, 9.6, 27.3, 45, 63 MHz соответственно в сравнении с коэффициентом поглощения (/ f )S (6), рассчитанным по (2). I —область с 2 2 2 / f > (/ f )S, II —область с / f < (/ f )S.

щением. Это поглощение, а следовательно, и объемная мость коэффициента поглощения описывается выражевязкость V могут быть обусловлены факторами как нием структурной, так и термической релаксации [3–5].

A = + B. (3) 2 В качестве объектов исследования были выбраны f 1 + диэтилсилоксан (ДЭС) и этилоктилсилоксан (ЭОС) (общие формулы (C2H5)3SiO[(C2H5)2SiO]4Si(C2H5)3 и Анализ результатов частотной зависимости коэффи(C2H5)3SiO[C2H5C8H17SiO]18Si(C2H5)3 соответственно) циента поглощения с помощью соотношения (3) дает (ГНИИХТЭОС, Россия) с концевыми триэтилсилоксан значения релаксационных параметров A, B, (время звеньями. Такие объекты используются в качестве сма- релаксации); B/(/ f )S (табл. 1).

зочных материалов и биологических жидкостей. Молярные массы ДЭС и ЭОС составляют 0.65 и 3.5 kg/mol.

Таблица 1. Значения релаксационных параметров ДЭС и Скорость и коэффициент поглощения ультразвука изЭОС мерялись импульсно-фазовым методом переменного расстояния [6,7]. Теплофизические свойства ДЭС изучены 2 t, C A B AS BS S /S (/ f )S B/(/ f )S в [8]. Результаты измерения представлены на рис. 1.

Видно, что при некоторых температурах значения сток- ·1012, m-1 · s2 ·109, s ·1012, m-1 · sсовского поглощения (/ f )S превышают эксперименДЭС тальные значения (/ f ), что соответствует области II 0 0.28 0.61 0.37 0.58 8.2 6.4 1.28 1.02 0.на графиках температурных зависимостей (рис. 2). Ана5 0.27 0.59 0.28 0.58 7.9 6.1 1.30 0.90 9.логичные процессы ранее наблюдались в сильновязких 10 0.25 0.57 0.25 0.56 7.5 5.7 1.31 0.80 0.жидкостях [9,10]. Этот факт указывает на то, что в дан15 0.24 0.55 0.2 0.55 7.1 5.3 1.35 0.72 0.ных веществах в области низких температур происходит 25 0.22 0.51 0.14 0.52 5.7 4.2 1.35 0.58 0.релаксация как объемной, так и сдвиговой вязкости. 45 0.18 0.43 4.3 0.4 1.Кроме того, кривые частотной зависимости коэффи- 60 0.15 0.37 3.4 0.4 1.75 0.13 0.30 2.7 0.3 0.циента поглощения при всех температурах монотонно уменьшаются без ясно выраженных перегибов, наличие ЭОС которых свидетельствовало бы о существовании ряда 0 1.81 1.16 2.2 0.9 12.2 6.9 1.77 3.0 0.дискретных значений времен релаксации, достаточно 5 1.60 1.07 1.72 0.87 10.6 6.4 1.67 2.6 0.далеко отстоящих друг от друга. Таким образом, в ДЭС 10 1.45 0.98 1.5 0.83 9.4 6.1 1.53 2.3 0.и ЭОС наблюдается наложение нескольких процессов, 15 1.28 0.90 1.15 0.79 8.4 5.5 1.53 2.0 0.связанных с релаксацией как объемной, так и сдвиговой 30 0.91 0.68 0.75 0.64 6.2 4.1 1.51 1.4 0.вязкости.

45 0.66 0.53 4.0 1.0 0.Согласно релаксационной теории, в рамках модели 60 0.50 0.41 3.7 0.7 0.75 0.40 0.36 2.8 0.5 0.с одним релаксационным процессом частотная зависиЖурнал технической физики, 2005, том 75, вып. Релаксация объемной и сдвиговой вязкостей в диэтилсилоксане и этилоктилсилоксане Таблица 2. Значения V, S и их отношение V /S при различных температурах и частотах в ДЭС и ЭОС V · 102, Pa· s S · 102, Pa· s V /S tC f, MHz 4.2 9.2 27.3 45 63 4.2 9.2 27.3 45 63 4.2 9.2 27.3 45 ДЭС 0 3.5 2.3 1.2 0.6 0.2 10 9.1 8.2 7.4 7.0 0.34 0.25 0.15 0.080 0.5 3.2 2.2 1.2 0.6 0.2 9.5 8.4 7.6 6.9 6.5 0.34 0.25 0.16 0.087 0.10 2.9 2 1.2 0.6 0.2 8.0 7.8 7.0 6.4 6.0 0.36 0.26 0.16 0.095 0.15 2.65 1.9 1.1 0.6 0.3 6.9 6.9 6.4 5.9 5.6 0.39 0.28 0.17 0.104 0.20 2.4 1.7 1.1 0.6 0.3 5.9 5.9 5.9 5.4 5.1 0.41 0.30 0.18 0.111 0.25 2.2 1.6 1.0 0.6 0.3 5.1 5.1 5.1 5.0 4.7 0.43 0.32 0.20 0.120 0.ЭОС 0 22 19 8.1 2.4 0.8 30 27 18 13 11 0.74 0.69 0.45 0.18 0.5 20 17 7.3 2.5 1.2 25 23 16 12 10 0.79 0.71 0.46 0.21 0.10 17 15 6.5 2.6 1.4 21 20 14 11 10 0.82 0.71 0.47 0.24 0.15 16 13 5.8 2.6 1.5 18 16 12 10 9 0.88 0.79 0.47 0.27 0.20 14 11 5.3 2.7 1.5 15 14 11 8.9 8.0 0.92 0.80 0.49 0.30 0.25 12 10 4.7 2.6 1.6 13 12 10 8.1 7.4 0.95 0.86 0.48 0.32 0.30 11 8.9 4.4 2.7 1.9 11 11 8.6 7.4 6.8 0.99 0.85 0.51 0.37 0.35 9.3 7.8 4.0 2.7 2.0 9.1 10 7.7 6.7 6.2 1.02 0.82 0.52 0.40 0.Таблица 3. Значения энергии активации для ДЭС и ЭОС зируя значения (/ f ) для области II при помощи соотв kJ/mol ношения (2) и полагая при этом, что As + BS =(/ f )S, получим параметры, характеризующие процесс релак E ES E E ES E сации классического поглощения AS, BS, (табл. 1), а также значение энергии активации ES (табл. 3).

ДЭС ЭОС Полученные данные используем при вычислении зна13.1 11.8 17.8 15.3 16.6 24.чения величины S при различных температурах и частотах (табл. 2) 3cАнализ зависимостей выполнен по формуле АрS = - BS. (5) 82 f рениуса с энергией активации E, значения которой приведены в табл. 3.

В табл. 2 представлены также значения величиСкорость ультразвука в обоих веществах имеет доны V /S для ряда температур и частот, а в табл. 1 — вольно значительную дисперсию. При изменении частозначения /S. Видно, что в обоих веществах величина ты ультразвука от 4.2 до 63 MHz температуре 303 K V /S < 1 и /S = 1.3-1.7. Обе величины слабо завискорость ультразвука изменяется от 1214 до 1219 m/s в сят от температуры. Это позволяет сделать вывод, что ДЭС и от 1309 до 1330 m/s в ЭОС; при T = 348 K — в данных веществах неблюдается процесс структурной от 1078 до 1102 и от 1180 до 1240 m/s соответственрелаксации. Тот факт, что времена релаксации объемной но. Температурная зависимость скорости ультразвука и сдвиговой вязкостей незначительно отличаются одно в исследуемом температурном диапазоне в пределах от другого, а значения энергий активации E, ES и погрешности описывается линейной функцией.

энергии активации вязкого течения E, полученного Из полученных результатов рассчитывают объемную из анализа температурной зависимости коэффициента вязкость V по формуле сдвиговой вязкости, достаточно близки (табл. 3), позволяет сделать вывод в пользу того, что механизмы cвозникновения как объемной, так и сдвиговой вязкости V = - B. (4) 22 f имеют одинаковую природу.

При сравнении данных по релаксационным свойствам Значения V для некоторых температур и частот и вязкости ДЭС и ЭОС видно, что как коэффициенты приведены в табл. 2.

поглощения ультразвука, так и обе вязкости V и S, а Поскольку в области II (рис. 2) V = 0, то поглощение также энергия активации E имеют большее значение ультразвука определяется только величиной S, т. е. у ЭОС как у вещества, состоящего из более длинных и величина (/ f )S становится функцией частоты. Анали- гребнеобразных молекул.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 134 В.В. Сурнычев, В.И. Коваленко, А.С. Лагунов, В.В. Беляев Список литературы [1] Андрианов К.А. Методы элементо-органической химии (кремний). М.: Наука, 1968. 34 с.

[2] Соболевский М.В., Скороходов И.И., Гриневич К.П.

Органосилоксаны. Свойства, получение, применение. М.:

Химия, 1985.

[3] Михайлов М.В., Соловьев В.А., Сырников Ю.С. Основы молекулярной акустики. М.: Наука, 1964. 514 с.

[4] Каграманян Л.С., Бадалян А.Л. // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. Курск, 1981. С. 131–138.

[5] Яковлев В.Ф. Канд. дис. М., 1952. 187 с.

[6] Литовиц Т., Дэвис К. // Физическая акустика / Под ред.

У.М. Мезона. М.: Мир, 1968. Т. 2А. С. 298–370.

[7] Лэмб Дж. // Там же. С. 222–297.

[8] Кононенко В.С. Докт. дис. Ташкент, 1995. 300 с.

[9] Худайбердыев В.Н., Аманов З.Н., Карабаев М.К. и др. // Изв. АН УзССР. Сер физ.-мат. наук. 1979. № 1. С. 53–56.

[10] Михайлов И.Г., Савина Л.И. // Применение ультраакустики к исследованию вещества. М.: МОПИ, 1957. С. 85–93.

Журнал технической физики, 2005, том 75, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.