Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Реология: концепции, методы, приложения

Покупка
Артикул: 093329.03.99
В книге предпринята попытка отразить все аспекты современной реологии, начиная от теоретических основ и экспериментальных методов, вплоть до описания комплекса типичных результатов измерений и основных направлений применения реологии в промышленности. При этом в книге сделан акцент, во-первых, на реологию текучих систем, и, во-вторых, на реологию полимеров, хотя авторы постарались отразить результаты исследований и других материалов. Издание будет полезно специалистам, профессионально занимающимся реологией полимерных материалов всех типов, пищевых продуктов, косметических и фармацевтических товаров как в части оценки их свойств, так и технологии получения и переработки.
Малкин, А. Я. Реология: концепции, методы, приложения : пособие / А. Я. Малкин, А. И. Исаев. - Санкт-Петербург : Профессия, 2017. - 560 с. - ISBN 978-5-93913-139-1. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/1859943 (дата обращения: 22.11.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

RHEOLOGY:

conceptions, methods, applications

Alexander Ya. Malkin
Moscow, Russia

Avraam I. Isayev
Akron, USA

Submitted to Dr. George Wypych
ChemTec Publishing, Toronto, Canada

February 2005

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Малкин А.Я., Исаев А.И.

Реология:

концепции, методы, приложения

авторизованный перевод
с английского языка

СанктПетербург

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

УДК 531
ББК 22.251Англ
М18

Малкин А. Я., Исаев А. И.
М18
Реология:концепции,методы,приложения/Пер.сангл. — СПб.:Профессия,207. — 560 стр., ил.

ISBN 9785939131391
ISBN 189519833Х(англ.)

В книге предпринята попытка отразить все аспекты современной реологии, начиная от теоретических основ и экспериментальных методов, вплоть до описания комплекса типичных результатов измерений и основных направлений применения реологии
в промышленности. При этом в книге сделан акцент, вопервых, на реологию текучих
систем, и, вовторых, на реологию полимеров, хотя авторы постарались отразить результаты исследований и других материалов.
Издание будет полезно специалистам, профессионально занимающимся реологией
полимерных материалов всех типов, пищевых продуктов, косметических и фармацевтических товаров как в части оценки их свойств, так и технологии получения и переработки.

УДК 531
ББК 22.251Англ

All right reserved. ChemTec Publishing, Toronto, Canada.
Authorized translation from the original English language edition published by ChemTec Publishing,
Toronto, Canada

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то
ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

ISBN 9785939131391
ISBN 189519833Х(англ.)
© ChemTec Publishing, 2005
© Издво «Профессия», 2007

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие к русскому изданию .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
9
1. Механика сплошных сред как основа реологии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
11
1.1. Напряжения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
11
1.1.1. Общие принципы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
11
1.1.2. Закон парности касательных напряжений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
15
1.1.3. Главные напряжения.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
17
1.1.4. Инварианты тензора напряжений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
19
1.1.5. Гидростатическое давление — сферический тензор и девиатор .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
22
1.1.6. Уравнение равновесия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
27
1.2. Деформации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
30
1.2.1.
Деформации и смещения.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
30
1.2.2. Бесконечно малые деформации — главные значения и инварианты .  .  .  .  .  .  .  .
36
1.2.3. Большие (конечные) деформации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
38
1.2.4. Специальные случаи деформации — одноосное растяжение и простой сдвиг .  .
41
1.3. Кинематика деформаций .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
46
1.3.1. Скорость деформаций и версор .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
46
1.3.2. Скорость деформации при больших деформациях .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
48
1.4. Заключение — механика сплошных сред в реологии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
50
1.4.1. Общие принципы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
50
1.4.2. Некоторые выводы — объекты непрерывной среды как тензоры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
52
2. Вязкоупругость.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
56
2.1. Базовые эксперименты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
56
2.1.1. Ползучесть (запаздывающая деформация) .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
57
2.1.2. Релаксация .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
59
2.1.3. Убывающая память.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
61
2.2. Релаксация и ползучесть — Спектральное представление. Динамические функции .  .
63
2.2.1. Спектры релаксации и запаздывания — определения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
63
2.2.2. Динамические функции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
67
2.3. Модели.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
74
2.3.1. Основные механические модели .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
74
2.3.2. Сложные механические модели — дифференциальное реологическое уравнение
состояния.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
79
2.3.3. Немеханические модели.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
82
2.4. Суперпозиция. Принцип Больцмана–Вольтерры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
83
2.4.1. Интегральная формулировка принципа суперпозиции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
83
2.4.2. Принцип суперпозиции и спектры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
88
2.4.3. Переходные режимы деформирования .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
88
2.4.4. Соотношение между функциями релаксации и ползучести .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
90
2.4.5. Релаксационные функции и большие деформации.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
91

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

2.5. Соотношения между вязкоупругими функциями .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
94
2.5.1. Динамические функции — релаксация, ползучесть и спектры.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
94
2.5.2. Константы и вязкоупругие функции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
97
2.5.3. Расчет релаксационного спектра .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 100
2.6. Вязкоупругость и молекулярные модели .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 107
2.6.1. Молекулярные движения индивидуальной макромолекулярной цепи .  .  .  .  .  . 107
2.6.2. Релаксационные свойства концентрированных растворов и расплавов .  .  .  .  .  . 114
2.6.3. Вязкоупругость полидисперсных полимеров .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 120
2.7. Температурновременная суперпозиция — приведенные характеристики вязкоупругих свойств .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 128
2.7.1. Суперпозиция экспериментальных кривых .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 128
2.7.2. Обобщенные характеристики вязкоупругих свойств и физические состояния . 135
2.7.3. Об «универсальном» релаксационном спектре .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 138
2.8. Нелинейные эффекты в вязкоупругости .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 139
2.8.1. Экспериментальные факты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 139
2.8.2. Линейные–нелинейные корреляции .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 148
2.8.3. Реологические уравнения состояния для области нелинейной вязкоупругости
149
2.8.4. О конструировании нелинейных конститутивных уравнений и их экспериментальной проверке .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 159
3. Жидкости .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 163
3.1. «Ньютоновские» и «неньютоновские» жидкости. Определения.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 163
3.2. Неньютоновское сдвиговое течение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 169
3.2.1. Неньютоновское течение вязкоупругих полимерных жидкостей .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 169
3.2.2. Неньютоновские свойства структурированных систем – пластичность
жидкостей .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 173
3.2.3. Вязкость анизотропных жидкостей.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
3.3. Уравнения для вязкости и кривых течения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 182
3.3.1. Введение — значение вискозиметрических измерений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 182
3.3.2. Уравнения степенного типа .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 184
3.3.3. Уравнения с пределом текучести .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 186
3.3.4 Основные зависимости вязкости от состава материала .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 189
3.3.5. Неньютоновское течение как следствие полидисперсности полимера.  .  .  .  .  .  . 201
3.4. Упругость при сдвиговом течении .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 204
3.4.1. Высокоэластические сдвиговые деформации – упругий отклик .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 204
3.4.2. Нормальные напряжения при сдвиговом течении .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 208
3.4.3. Нормальные напряжения и упругость .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 215
3.4.4. Разбухание струи .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 218
3.5. Структурные явления при сдвиговом течении .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 220
3.5.1. Переходные режимы деформирования .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 220
3.5.2. Тиксотропия и реопексия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 225
3.5.3. Фазовые переходы, вызванные деформированием .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 234
3.6. Пределы сдвигового течения — неустойчивость потока .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 243
3.6.1. Инерционная турбулентность .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 243
3.6.2. Эффект Томса .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 244
3.6.3. Неустойчивость при течении упругих жидкостей.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 248
3.7. Продольное течение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 261
3.7.1. Модельные эксперименты — одноосное растяжение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 261
3.7.2. Модельные эксперименты — разрушение.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 265
3.7.3. Растяжение промышленных полимеров.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 271
3.7.4. «Свободный» сифонный эффект .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 275
3.7.5. Неустойчивость при растяжении .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 276

6
РЕОЛОГИЯ

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

3.8. Заключение: реальные жидкости — сложные реологические среды.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 280
4. Упругие материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 284
4.1. Введение. Определения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 284
4.2. Линейные упругие (гуковские) материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 286
4.3. Линейные анизотропные упругие материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 294
4.4. Большие упругие деформации и нелинейные свойства твердых материалов.  .  .  .  .  .  . 296
4.4.1. Одноконстантная модель .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 296
4.4.2. Многоконстантные модели .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 303
4.4.3. Эффект Пойнтинга .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 309
4.5. Пределы упругости .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 311
4.5.1. Стандартный эксперимент — определения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 311
4.5.2. Пластичность .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 312
4.5.3. Критерии пластичности и разрушения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 315
4.5.4. Структурные явления .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 322
5. Реометрия — экспериментальные методы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 325
5.1. Введение — классификация экспериментальных методов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 325
5.2. Капиллярная вискозиметрия.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 328
5.2.1. Основы теории .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 328
5.2.2. Поправки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 336
5.2.3. Течение в капилляре, заполненном не полностью .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 344
5.2.4. Пределы капиллярной вискозиметрии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 345
5.2.5. Невискозиметрические измерения на капиллярных вискозиметрах .  .  .  .  .  .  .  . 346
5.2.6. Капиллярные вискозиметры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 347
5.2.7. Вискозиметры с регулируемой скоростью течения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 355
5.3. Ротационная реометрия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 358
5.3.1. Задачи и возможности метода .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 358
5.3.2. Основы теории ротационной реометрии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 362
5.3.3. Ограничения ротационной вискозиметрии.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 375
5.3.4. Ротационные приборы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 377
5.3.5. Измерение нормальных напряжений .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 392
5.4. Пластометры и пенетрометры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 398
5.4.1. Сдвиговые пластометры.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 398
5.4.2. Сжимающие пластометры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 399
5.4.3. Метод телескопического сдвига .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 403
5.5. Метод падающей сферы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 406
5.5.1. Основы теории .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 406
5.5.2. Поправки .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 408
5.5.3. Метод скатывающегося шарика .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 410
5.5.4. Вискозиметры с падающим шариком .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 411
5.5.5. Вискозиметры с падающим цилиндром .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 413
5.6. Растяжение .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 414
5.6.1. Общие положения .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 414
5.6.2. Экспериментальные методы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 416
5.6.3. Двухосное растяжение.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 421
5.7. Измерения вязкоупругих свойств динамическим методом (вибрационные методы) .  . 423
5.7.1. Принцип измерений — однородная деформация образца .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 423
5.7.2. Неоднородные деформации .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 426
5.7.3. Торсионные (крутильные) колебания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 428
5.7.4. Измерение импеданса системы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 431
5.7.5. Резонансные колебания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 432
5.7.6. Затухающие (свободные) колебания.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 434

Содержание
7

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

5.7.7. Распространение волн .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 437
5.7.8. Вибрационная вискозиметрия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 440
5.7.9. Измерения вязкоупругих свойств при несимметричных течениях .  .  .  .  .  .  .  .  . 447
5.7.10. Об экспериментальной технике.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 448
5.8. Физические методы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 453
5.8.1. Реооптические методы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 453
5.8.2. Велосиметрия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 466
5.8.3. Вискозиметрыкалориметры.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 467
Реологическое исследование фармацевтических суспензий
(информация предоставлена компанией «Реолаб») .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 468
6. Прикладная реология .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 472
6.1. Введение.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 472
6.2. Реологические свойства реальных материалов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 474
6.2.1. Вводные замечания.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 474
6.2.2. Полимерные материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 474
6.2.3. Нефтепродукты и масла.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 481
6.2.4. Пищевые продукты.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 486
6.2.5. Изделия косметической и фармацевтической промышленности .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 490
6.2.6. Биологические жидкости .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 492
6.2.7. Концентрированные суспензии .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 494
6.2.7. Электрои магнитореологические материалы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 499
6.2.8. Заключительные замечания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 502
6.3. Реокинетика (хемореология) и реокинетические материалы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 503
6.3.1. Формулировка проблемы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 503
6.3.2. Линейная полимеризация .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 503
6.3.3. Сшивание олигомеров .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 508
6.3.4. Межмолекулярные взаимодействия .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 518
6.4. Решение динамических задач .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 520
6.4.1. Формулировка проблемы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 520
6.4.2. Течение по трубам .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 525
6.4.3. Течение в технологическом оборудовании .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 532
Алфавитнопредметный указатель.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 551

8
РЕОЛОГИЯ

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

ПРЕДИСЛОВИЕ
К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

Авторы с глубоким удовлетворением приняли предложение Издательства «Профессия» о переводе нашей книги на русский язык. Мы абсолютно убеждены в необходимости ознакомлении русскоязычного читателя (которому по разным причинам не
всегда доступна англоязычная литература) с современным состоянием реологии.
Советская, а в настоящее время российская реологическая школа, создававшаяся
в 1920–30е гг. трудами А.П. Александрова, М.П. Воларовича, Д.М. Толстого,
Ю.С. Лазуркина, а после Второй мировой войны возрожденная работами Г.В. Виноградова, П.А. Ребиндера, Л.И. Седова, Г.Л. Слонимского, А.А. Трапезникова,
С.Я. Френкеля и других выдающихся ученых, всегда занимала достойное место в
мировой науке.
Предлагаемая благосклонному вниманию читателя книга представляет собой
попытку «объять необъятное», то есть отразить все аспекты современной реологии,
начиная от теоретического базиса и экспериментальных методов вплоть до описания комплекса типичных результатов измерений и основных направлений применения реологии в промышленности. При этом читатель без труда заметит, что в силу
личных склонностей авторов в книге сделан крен, вопервых, на реологию текучих
систем, и во вторых, на реологию полимеров, хотя авторы постарались отразить результаты исследований и других материалов. Кроме того, авторы постарались придать книге до некоторой степени педагогический уклон. Это отражается введением
комментариев, которые объясняют некоторые математические понятия (возможно,
не знакомые читателю, не имеющему достаточного математического образования),
примеров, иллюстрирующих детали расчетов и/или численные значения обсуждаемых величин, и кратких биографических сведений о наиболее выдающихся деятелях мировой науки, внесших основополагающий вклад в реологию.
По сравнению с оригинальным английским изданием в книгу внесены минимальные изменения, а именно: ссылки перенесены в подстрочные примечания, задачи, которые в англоязычном издании образуют отдельные разделы в каждой части
книги, перенесены в текст в виде примеров. Кроме того, исправлены, увы, неизбежные опечатки, которые удалось обнаружить при переводе, и добавлено минимальное
количество ссылок на российские издания и на наиболее важные новейшие публикация, появившиеся после выхода из печати английского издания книги. Реология — живая и непрерывно развивающаяся наука, и поэтому попытки обновления
книги новейшими ссылками заведомо обречены на перманентное опоздание.

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru

Авторы надеются, что книга будет полезна специалистам, профессионально занимающимся реологией таких материалов, как полимерные материалы всех типов,
пищевые продукты, косметические и фармацевтические товары, как в части оценки
их свойств, так и технологии получения и переработки. Важную самостоятельную
область применения реологии составляет изучение биологических объектов, прежде всего крови. Как уже упоминалось, авторы очень хотели бы, чтобы эту книгу брали в руки и читали студенты технологических специальностей.
В заключение авторы выражают благодарность Издателю и владельцу авторских прав англоязычной версии книги доктору Дж. Выпичу за разрешение издания
книги на русском языке.

Профессор, доктор физ.мат. наук А.Я. Малкин,
Москва, Россия

Профессор, доктор А.И. Исаев
Акрон, Огайо, США

10
РЕОЛОГИЯ

©ЭБС «Неaфть и Газ», 2021 © ЦОП «Профессия», 2009–2021. Все права защищены. www.epcprof.ru