Способ определения устойчивости магнитных коллоидов Советский патент 1993 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к коллоидной химии и может быть применено для оценки устойчивости магнитных жидкостей.

Цель изобретения - сокращение времени и повышение точности определения аг- регативной устойчивости магнитного коллоида.

Поставленная цель достигается тем, что магнитный коллоид помещают в неоднородное магнитное поле с образованием из него пробки в измерительном канале, а в разделенных пробкой полостях создают перепад давлений, многократно измеряют ее критический перепад давлений при создании сдвигового течения и сравнивают информативный параметр с этанолом, при этом согласно изобретению до помещения магнитногр коллоида в неоднородное поле измеряют его вязкость и объемную концентрацию частиц, по которым определяют

предельную концентрацию частиц до воздействия неоднородного магнитного поля, а критический перепад давлений измеряют периодически до установившегося его значения, причем на период его измерения сдвиговое течение в пробке из магнитного коллоида создают кратковременно, по величине установившегося критического перепада давлений определяют предельную концентрацию частиц после силового воздействия неоднородного магнитного поля, по разнице между предельными концентрациями определяют деформацию защитных оболочек и их упругость, по которой судят об агрегативной устойчивости магнитных коллоидов.

Способ основан на том, что по измерениям вязкости и объемной концентрации частиц в магнитном коллоиде до воздействия на него неоднородного магнитного поля оп

00

го

N сл

XI СА

ределяют продельную концентрацию частиц. При наложении неоднородного магнитного по.ч я следствие его силового

поздние птя предельная концентрация час тиц унРМ1 1иваетс°. Эго связано с деформацией защитных оболочек, по которой о преде ...ч ч. т их упругое м-, и судят об эгрега- тивной умои- пк. Г ш лм i-t/ip- iji о коллоида.

О-Л .: .;:- - ;/ :ч-: МгЧ Н --П likfi :ОЛЛОИД КЫдар;-: ЧН5;н;;сп п неоднородном магнитном мч.е fc. .... мия (.;. ивою течения для гого, . у :кори 1-.. ;:рсщ;; г перерасмре- ДС-N ..-иг/ KGMUIHTIXIUH,; мгннижых чзг иц, а го1.; :..; Г унгиз li piiMu ...:мерения услано- ш-1вии 1 ося значения критического перепада ;к:г.. н --V- ..У. ; iv K пипонмя ошибки, спязэ: :, с vMciih j./tjHHi ri конц«нiрации

:1Ц ii :-i« TCHC Hilri ВСЛСДО 3f pCi 3 ГИВ

ной neve. гойчивосш магнитного коллоида. Однако кршический перегьэд давлений измеряют n.o v кр..гкоьремснном наложении СДВИГОВО1О гечения для того, чтобы определить усредненное значение критического перепада давлений по обьему магнитного коллоида и тем самым уменьшить ошибку, обусловленную дефектами магнитного коллоида. .Это связано с тем, что нарушение герметичности пробки из магнитного колло- и.п-1 идет всегда по слабым местам (дефек- :а i), Н1и:жие которых во времени усплиьоется. Перемешивание магнитного кол; о;;дз яри Положении сдвиювого течения у;., влияние дефектов на опре

Д : Л О НИ .: V С г 3 и; и И В Ш О Г П С Я К р И Г ИЧ О С К О Г У

пирспздп дньлпиип КроГ ТС к о. если усга- но«.иц.ииГн..я крш перепад давлений опроделии. при краг очрегленном наложении сдги гс.рого ючг:1П1я, IQ можно принять, что упакоока частиц с защитными оболочками соогоек-.( кубической.

На . 1 изображено устройство для определения устойчивости магнитного кол- лоидг, на фиг. 2 зависимость изменения критического перепада давлений пробки из MSI HHI ноги коллоида от времени нахожде- v смертельном канале.

VcTp jiiCTf;o для определения устойчивости сог/юнг ,YJ кольцевых постоянною магнита 1 vi гюлюсных приставок 2 и 3, концечтрично охватывающих вал А и образующих кольцевой измерительный канал между валом и одной из полюсных приста вок 2. заполненный магнитным коллоидом 5, Магнитный поток Ф, проходя по пути: магнит 1, полюсная пригглякз 2, впл 4, другая полюсная приставка 3 обеспечивает наличие неоднородного магнитного поля в измерительном канале.

Измерив влзкост1.- // .щ и объемную кон- ион грацию чясгиц С магнитного коллоида.

можно определить относительную толщину д „/г защитной оболочки до силового воз- дейстоия магнитного поля, например, из

следуощмх соотношений

г/о

1-2,5 С,-,|, -М,

,(1)

-V9I3

- CvO

.(1Ч г

(2)

где у ил пластическня вязкость магнитного коллоида; вязкость дисперсионной среды;

- эффективная объемная концентрация часмчц с защитных оболочек; Су - оГи.емняя концентрация частиц; д - олщин.ч защитой оболочки; 2Qг- радиус тоордои частицы.

З. пем опрсдвллем предельную концентрацию частиц до силового воздействии неоднородного магнитного поля

25

Cwo

С(1 ь А Г3,

(3)

где С - предельная упаковка частиц с защитными оболочками. Можно принять, что предельная упаковка соответствует кубической( тогда С 0,52.

При заполнении измерительного капала магнитным коллоидом последний в неоднородном му-китмсм поле образует

пробку по критическому перепаду которой можно определит;, концентрацию частиц после силовой; озд йовия неоднородного магиу. FHOI о поля. Силовое воздействие неоднороден о магнитного поля приводит к

увеличению концентрации магнитных частиц под острием зубцэ и деформации защит- ных оболочек на поверхности частиц. Поэтому критический перепад давлений увеличивается от времени воздействия магнитного поля (фиг. 2). Установившееся значение Л Руст соответствует предельной упаковке частиц с защитными оболочками. Поэтому предельную концентрацию частиц после силового воздействия неоднородного

магнитного поля Сум можно определить из выражения

C-VM Л Руст /k м

где К - постоянная прибора;

IK намагниченность насыщения материала частиц.

Вели сделать предложение, что силовое воздействие неоднородного магнитного поля не изменяет предельную упаковку частиц

с защитными оболочками, а вызывает только деформацию последних, то из соотношения

(5)

-VM

определяем относительную толщину защит- ной оболочки после силового воздействия магнитного поля, которая будет меньше, чем .

Тогда ( д 0 б м)/г- является относительной деформацией защитной оболочки при силовом воздействии неоднородного магнитного поля. Из закона Гука коэффициент относительной упругости определим из соотношения

(6)

йо -Ом

Магнитному коллоиду с более высокой упругостью защитных оболочек соответствует и более высокая устойчивость к агрегатированию.

При определении предельной концентрации частиц после силового воздействия неоднородного магнитного поля магнитный коллоид выдерживают в магнитном поле без наложения сдвигового течения для того, чтобы ускорить процесс увеличения концентрации частиц под острием зубца, который обусловлен магнитной силой, действующей на магнитную частицу и направленной в область максимального поля

F - mgradH

(7)

где т- магнитный момент частицы;

gradH - градиент магнитного поля.

Ускорение этого процесса связано с тем, что отсутствует перемешивание коллоида, препятствующее перемещению частиц. Это позволяет уменьшить время определения установившегося критического перепада давлений, а соответственно, и время определения упругости защитных оболочек. Кроме того, выдержка коллоида в отсутствие сдвигового течения исключает ошибку в определении предельной концентрации частиц, связанную с уменьшением концентрации частиц в зоне сдвигового течения из-за агрегативной неустойчивости магнитного коллоида.

Однако измерение критического перепада давлений проводят при кратковременном наложении сдвигового течения для

того, чтобы определить усредненное значение критического перепада давлений по обьему и тем самым исключить ошибку, обусловленную неоднородным распределе- нием дефектов в магнитном коллоиде. К дефектам относятся, например, крупные частицы и чистицы с ослабленными защитными оболочками. Это связано с тем, что нарушение герметичности идет всегда по

слабым местам, где наблюдается большое скопление дефектов, влияние которых во времени усиливается. Перемешивание магнитного коллоида при наложении сдвигового течения равномерно распределяет

дефекты по объему и уменьшает ошибку в определении предельной концентрации частиц, а соответственно и упругости защитных оболочек. Кроме того, это делает справедливым допущение, что упаковка частиц с защитными оболочками являете кубической, поскольку при упаковке более кубической относительное движение частиц затруднено.

Течение магнитного коллоида перестает быть сдвиговым при повышении частоты вращения цилиндра, когда появляются нормальные напряжения, образующие вихревые потоки Тейлора. Границы режимов течения определяются числом Тейлора

I акр

,2,

где ft) кр - критическая угловая скорость вращения цилиндра в измерительном канале;

v - кинематическая вязкость магнитной жидкости;

R - радиус цилиндра; b - зазор между цилиндрами. Оценка числа Уейлора для измеритель- ного канала с зазором между цилиндрами b 0,1 мм, радиусом вращающегося цилиндра R - 10 мм, угловой скоростью а - 3.14 и вязкостью МЖ V -10 м2/с-10мм2/с дает

т 3,14

10

V10 0,1J 0,0314.

Поскольку Т8 « Такр, то вихревых потоков нет, и течение магнитного коллоида является сдвиговым.

Критическая скорость вращения для этого измерительного канала при v - 10 мм /с составляет

кр

10

Такр-У 41.2 V10 0,1

4120с 1.

Таким образом, сдвиговым является течение, если 0 ш о) Кр. Критическая угловая скорость зависит от вязкости магнитного коллоида и размеров измерительного канала.

Пример, Определение устойчивости магнитных коллоидов проводили в следующем порядке. Измеряли вязкость и объемную концентрацию коллоида, по формулам (1) и (2) определяли относительную толщину защитной оболочки f5 0/г и по формуле (3) рассчитывали предельную концентрацию час гицСуо до силового воздействия неоднородного магнитного поля, Далее магнитный коллоид в объеме 0,3 см помещали в измерительный-канал с неоднородным магнитным полем, имеющим максимальную величину напряженности 1,1 МА/м и градиент 330 МА/м2. включали привод вращения вала (диаметр вала 20 мм, угловая скорость 3,14 рад/с и измеряли критический перепад давлений, после этого привод вращения отключали и выдерживали магнитный коллоид в течение 1 ч, после чего включали привод и снова проводили измерение критического перепада давлений и так до тех пор, пока критический перепад давлений не будет увеличиваться. Это значение критического перепада давлений принималось за установившееся значение. После этого по формуле (4) определяем предельную концентрацию частиц Сум после силового воздействия неоднородного магнитного поля. Для применяемого измерительного канала К 1,3 Тл. Затем сравнивая предельные концентрации частиц до и после воздействия неоднородного магнитного поля, рассчитываем по формуле (5) относительную толщину защитной оболочки д м/г после силового воздействия магнитного поля и по формуле (6) определяем упругость защитных оболочек.

В таблице приведены результаты измерений различных магнитных коллоидов, из которой следует, что магнитный коллоид на основе полиэтилсилоксановой жидкости обладает более высокой упругостью защитных оболочек, чем другие, а соответственно и более высокой агрегативной устойчивостью.

Применение предлагаемого способа определения агрегативной устойчивости обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Выдержка магнитного коллоида в

неоднородном магнитном поле при отсутствии сдвигового течения ускоряет процесс определения предельной концентрации частиц и повышает точность ее измерения, что

позволяет сократить время и повысить точность определения агрегативной устойчивости.

2. Кратковременное наложение сдвигового течения на период измерения критического перепада давлений делает справедливым предложение, что упаковка частиц с защитными оболочками является кубической, и позволяет определить усредненное значение критического перепада

давлений, что повышает точность оценки агрегативной устойчивости.

Формула изобретения Способ определения устойчивости магнитных коллоидов, включающий воздействие на магнитный коллоид, помещенный в измерительный канал, неоднородным магнитным полем до образования пробки, создание сдвигового течения магнитного коллоида, многократное измерение критического перепада давлений пробки и сравнение информативного параметра с эталоном, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и точности способа, до воздействия на магнитный коллоид неоднородным магнитным полем измеряют вязкость и объемную концентрацию часгиц в магнитном коллоиде, по которым определяют исходную предельную концентрацию частиц магнитного коллоида, а критический перепад давления пробки измеряют до установившегося его значения, причем сдвиговое течение магнитного коллоида создают кратковременно, по величине установившегося значения критического перепада давлений пробки определяют результирующую величину предельной концентрации частиц магнитного коллоида, затем по разнице между пре- дельными концентрациями частиц

магнитного коллоида определяют деформацию защитных оболочек и их упругость.

цр

&Р .

Фиг/

Использование: относится к коллоидной химии и может быть использовано для оценки устойчивости магнитных жидкостей. Сущность: способ определения устойчивости магнитных коллоидов заключается в том, что по измерениям исходных величин вязкости и объемной концентрации магнитного коллоида определяют предельную концентрацию частиц до силового воздействия неоднородного магнитного поля, а по установившемуся критическому перепаду давлений магнитного коллоида в неоднородном магнитном поле определяют предельную концентрацию частиц после силового воздействия неоднородного магнитного поля и по разности предельных концентраций определяют деформацию защитных оболочек, по которой судят об их упругости. Причем на период измерения критического перепада давлений кратковременно создают сдвиговое течение в магнитном коллоиде. 2 ил сл с

X

X

и al

О.