Ефект Ребіндера при терті. Зовнішній і внутрішній Ефект Ребіндера

Ефект Зеемана Вплинути на характер руху зарядів в атомі - справа цілком можливе. Для цього потрібно помістити яке випромінює речовина між полюсами дуже сильного магніту. Між полюсами магніту створюється дуже сильне магнітне поле. Воно подіє на заряди,

Велика Радянська Енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .

Дивитися що таке "Ребиндера ефект" в інших словниках:

Зниження міцності твердих тіл в адсорбційно активних середовищах (розчинах поверхнево активної речовини, електролітах, розплавах солей та ін.). Відкрито П. А. Ребиндером в 1928. Використовується для підвищення ефективності диспергування, помелу, ... ... Великий Енциклопедичний словник

- (адсорбційна зниження міцності) зменшення поверхневої (міжфазної) енергії внаслідок фіз. або хім. процесів на поверхні твердих тіл, що приводить до зміни його хутра нич. властивостей (зниження міцності, виникнення крихкості, зменшення ... ... фізична енциклопедія

Зниження міцності твердих тіл в адсорбційно активних середовищах (розчинах ПАР, електролітах, розплавах солей та ін.). Відкрито П. А. Ребиндером в 1928. Використовується для підвищення ефективності диспергування, помелу, обробки матеріалів різанням і ... енциклопедичний словник

Ефект Ребіндера (адсорбційна зниження міцності), зміна механічних властивостей твердих тіл внаслідок фізико хімічних процесів, які сприяють зменшенню поверхневого (міжфазної) енергії тіла. Проявляється у зниженні міцності і ... ... Вікіпедія

Див. Фізико хімічна механіка ... Хімічна енциклопедія

Зниження міцності тв. тел в адсорбційно активних середовищах (р рах ПАР, електролітах, розплавах солей та ін.). Відкрито П. А. Ребиндером в 1928. Використовується для підвищення ефективності диспергування, помелу, обробки матеріалів різанням і ... ... Природознавство. енциклопедичний словник

ефект Холла - виникнення поперечного електричного поля і різниці потенціалів в металі або напівпровіднику, по якому проходить електричний струм, при приміщенні його в магнітне поле, перпендикулярно до напрямку струму. Відкрито американським ... ...

ефект Мессбауера - резонансне поглинання γ квантів атомними ядрами, спостережуване, коли джерело і поглинач γ випромінювання тверде тіло, а енергія квантів невелика (150 кеВ). Іноді ефект М. називають резонанс, поглинанням без віддачі або ядерним ... Енциклопедичний словник по металургії

ефект Зеєбека - явище виникнення електрорушійної сили в електричному контурі, що складається з різних провідників, контакти між якими мають різні температури; відкритий в 1821 році німецьким фізиком Т. Зєєбеком. Електрорушійна сила,… … Енциклопедичний словник по металургії

ефект Баушінгера - зменшення опору металу або сплаву малим пластичних деформацій (наприклад, при стисненні) після попередньої деформації протилежного знака (при розтягуванні). У монокристалів чистих металів ефект Баушінгера ... ... Енциклопедичний словник по металургії

книги

• Роль поверхневих явищ в структурно-механічному поведінці твердих полімерів, А. Л. Волинський, Н. Ф. Бакеев. У книзі викладені сучасні уявлення про роль поверхневих явищ в структурно-механічному поведінці аморфних і кристалічних полімерів. Розглянуто процеси розвитку і заліковування ...

Крім дії хімічних процесів, що впливають на властивості поверхні і фрикційне взаємодія між твердими тілами, існує відкрите і досліджене П.А. Ребиндером аналогічне мастильна засіб, обумовлене чисто молекулярним взаємодією мастила з твердими поверхнями, що отримало назву «ефекту Ребіндера».

Реальні тверді тіла мають як поверхневі, так і внутрішні дефекти структури. Як правило, подібні дефекти мають надлишкову вільної енергією. За рахунок фізичної адсорбції молекул поверхнево-активних речовин (ПАР) відбувається зниження рівня вільної поверхневої енергії твердого тіла в місцях їх посадки. Це зменшує роботу виходу дислокацій на поверхню. Поверхнево-активні речовини проникають в тріщини і в межкристаллитного простір, надаючи механічний вплив на їх стінки і, розсовуючи їх, призводять до крихкого розтріскування матеріалу і зменшення міцності контактуючих тіл. І якщо подібні процеси розвиваються тільки на виступах контактуючих тіл, зменшуючи опір зрушенню нерівностей цього матеріалу, то в цілому цей процес призводить до вигладжування поверхні, зменшення питомої тиску в контактній зоні і в цілому

зменшення тертя і зносу тертьових тіл. Але якщо нормальні навантаження при терті значно збільшуються, високі питомі тиску поширюються на всю контурну площа, разупрочнение матеріалу здійснюється на великій ділянці поверхні і призводить вже до дуже швидкого її руйнування.

Ефект Ребіндера широко використовується як при розробці мастильних матеріалів (для цього в мастильний матеріал вводять спеціальні ПАР), так і для полегшення деформування і обробки матеріалу при виготовленні деталей машин (для цього використовуються спеціальні мастила та емульсії у вигляді мастильно-охолоджуючих рідин МОР).

Прояв ефекту Ребіндера відбувається на найрізноманітніших матеріалах. Це і метали, гірські породи, скла, елементи машин і устаткування. Понеділок, викликає зниження міцності, може бути газоподібної і рідкої. Часто в якості ПАР можуть виступати розплавлені метали. Наприклад, мідь, що виділилася при розплавленні підшипника ковзання, стає ПАР для стали. Проникаючи в тріщини і межкристаллической простір вагонних осей, цей процес стає причиною крихкого руйнування осей і причиною аварій на транспорті.

Чи не віддаючи належної уваги природі процесу, ми часто стали стикатися з прикладами, коли аміак викликає розтріскування латунних деталей, газоподібні продукти згоряння різко прискорюють процес руйнування турбінних лопаток, розплавлений хлористий магній діє руйнівно на високоміцні нержавіючі стали і ряд інших. Знання природи цих явищ відкриває можливості направлено вирішувати питання підвищення зносостійкості і руйнування відповідальних деталей і вузлів машин і обладнання, а при належному використанні ефекту Ребіндера підвищувати продуктивність обробного обладнання і ефективність використання пар тертя, тобто економити енергію.

Вплив швидкості ковзання і шорсткості поверхонь на граничне тертя

Вплив температури і нормального навантаження на граничне тертя

При адсорбції поверхнево - активних речовин вільна енергія твердого тіла зменшується. При цьому знижується опір поверхневого шару твердого тіла пластичного деформації, полегшуються пластичне протягом в зернах і вихід дислокацій до поверхні. Верхній шар металу може мати меншу мікротвердість, ніж нижележащие, насичені дислокациями шари, а також більш низькі межа плинності і коефіцієнт зміцнення. Деформується в присутності ПАР поверхневий шар металу має більш дрібну зерен структуру. Це явище адсорбційної пластификации твердих тіл названо зовнішнім ефектом Ребіндера. Ефект реалізується, наприклад, при протягуванні дроту через фільєру меншого діаметра в присутності ПАР. У цих умовах в деформацію втягується більш тонкий поверхневий шар і сила протягання значно нижче. Товщина пластифицированного шару становить орієнтовно 0,1 мкм. На відміну від хімічного модифікування особливість ефекту Ребіндера в тому, що він проявляється при спільній дії середовища (ПАР) і механічної напруги, а також в тому, що при видаленні ПАР явище пластіфіцірованія поверхневого шару зникає.

Внутрішній ефект Ребіндера (адсорбционно розклинюючий) реалізується при адсорбції молекул на поверхнях тріщин, що мають місце в поверхневому шарі тіла тертя. Коли активні центри молекул досягають області, розмір якої менше двох розмірів молекул, останні, притягаючи стінками тріщини і перебуваючи під тиском сусідніх молекул, прагнуть її розклинити. При цьому тиск на стінки біля вершини тріщини може досягати 10 МПа і ініціювати її розвиток. Це явище сприяє руйнуванню поверхневого шару. Воно проявляється в процесі різання металів в присутності ПАР, що містяться в складі мастильно-охолоджувальної рідини. Розклинюючий дію адсорбованих молекул перешкоджає змиканню тріщини після зняття навантаження за умови, якщо сили взаємодії в її вершині недостатні для витіснення молекул адсорбционного і граничного шарів. В цьому випадку знижується опір матеріалу втомного руйнування.

Ребиндером Петро Олександрович (03.Х.1898-12.VII.1972), радянський фізико-хімік, академік АН СРСР з 1946 р (член-кореспондент з 1933 р), народився в Петербурзі. Закінчив фізико-математичний факультет Московського університету (1924). У 1922-1932 рр. працював в Інституті фізики і біофізики АН СРСР і одночасно (в 1923-1941 рр.) - в Московському державному педагогічному інституті ім. К.Лібкнехта (з 1923 - професор), з 1935 р - завідувач відділом дисперсних систем в Коллоидно-електрохімічному інституті (з 1945 р - Інститут фізичної хімії) АН СРСР, з 1942 р - завідувач кафедри колоїдної хімії в Московському університеті.

Роботи Ребиндера присвячені физикохимии дисперсних систем і поверхневих явищ. У 1928 р вчений відкрив явище зниження міцності твердих тіл внаслідокоборотного фізико-хімічного впливу на них середовища (ефект Ребіндера) і в 1930-1940-і рр. розробив шляхи полегшення обробки дуже твердих і важкооброблюваних матеріалів.

Він виявив електрокапілярних ефект пластіфіцірованія металевих монокристалів в процесі повзучості при поляризації їх поверхні в розчинах електролітів, досліджував особливості водних розчинів поверхнево-активних речовин, вплив адсорбційних шарів на властивості дисперсних систем, виявив (1935-1940) основні закономірності освіти і стабілізації пін і емульсій, а також процесу звернення фаз в емульсіях.

Вчений встановив, що миючий дію включає складний комплекс колоїдно-хімічних процесів. Ребиндер вивчив процеси освіти і будова міцел поверхнево-активних речовин, розвинув уявлення про термодинамічної стійкою міцелі мив з ліофобних внутрішнім ядром в ліофільної середовищі. Вчений вибрав і обгрунтував оптимальні параметри для характеристики реологічних властивостей дисперсних систем і запропонував методи їх визначення.

У 1956 р вчений відкрив явище адсорбційного зниження міцності металів під дією металевих розплавів. У 1950-ті рр. вченим була створена нова галузь науки - фізико-хімічна механіка. Як писав сам Ребиндер: «Кінцева завдання фізико-хімічної механіки полягає в тому, щоб розробити наукові основи для отримання твердих тіл і систем з заданими структурою і механічними властивостями. Отже, в завдання цієї області входить створення оптимально спрямованої технології виробництва і обробки по суті всіх будівельних і конструкційних матеріалів сучасної техніки - бетонів, металів і сплавів, особливо жароміцних, кераміки і металокераміки, гум, пластиків, мастильних матеріалів ».

З 1958 р Ребиндер - голова Наукової ради АН СРСР з проблем фізико-хімічної механіки і колоїдної хімії, потім (з 1967 р) голова Національного комітету СРСР при Міжнародному комітеті з поверхнево-активних речовин. З 1968 по 1972 р він був головним редактором «Колоїдного журналу». Вчений нагороджений двома орденами Леніна, мав звання Героя Соціалістичної праці (1968), лауреата Державної премії СРСР (1942).

Ефект Ребіндера, ефект адсорбційного зниження міцності твердих тіл, полегшення деформації і руйнування твердих тіл внаслідокоборотного фізико-хімічного впливу середовища. Відкрито П. А. Ребиндером (1928) при вивченні механічних властивостей кристалів кальциту і кам'яної солі. Можливий при контакті твердого тіла, що знаходиться в напруженому стані, з рідкою (або газової) адсорбційно-активному середовищем. Ефект Ребіндера вельми універсальний - спостерігається в твердих металах, іонних, ковалентних і молекулярних моно- і полікристалічних тілах, стеклах і полімери, частково закристалізуватися і аморфних, пористих і суцільних. Основна умова прояву ефекту Ребіндера - родинний характер контактуючих фаз (твердого тіла і середовища) за хімічним складом і будовою. Форма і ступінь прояву ефекту залежать від інтенсивності міжатомних (міжмолекулярних) взаємодій дотичних фаз, величини і типу напружень (необхідні розтягують напруги), швидкості деформації, температури. Істотну роль грає реальна структура тіла - наявність дислокацій, тріщин, сторонніх включень і ін. Характерна форма прояву ефекту Ребіндера - багаторазове падіння міцності, підвищення крихкості твердого тіла, зниження його довговічності. Так, змочена ртуттю цинкова пластина під навантаженням не гнеться, а крихко руйнується. Інша форма прояву - пластифицирующее дію середовища на тверді матеріали, наприклад води на гіпс, органічних поверхнево-активних речовин на метали і ін. Термодинамічний ефект Ребіндера обумовлений зменшенням роботи утворення нової поверхні при деформації в результаті зниження вільної поверхневої енергії твердого тіла під впливом навколишнього середовища . Молекулярна природа ефекту полягає в полегшенні розриву і перебудови міжмолекулярних (міжатомних, іонних) зв'язків в твердому тілі в присутності адсорбційно-активних і разом з тим досить рухливих чужорідних молекул (атомів, іонів).

Найважливіші області технічного додатка - полегшення і поліпшення механічної обробки різних (особливо високотвёрдих і важкооброблюваних) матеріалів, регулювання процесів тертя і зносу із застосуванням мастил, ефективне отримання подрібнених (порошкоподібних) матеріалів, отримання твердих тіл і матеріалів із заданою дисперсною структурою і необхідним поєднанням механічних і ін. властивостей шляхом дезагрігірованія і подальшого ущільнення без внутрішньої напруги. Адсорбционно-активне середовище може наносити і істотну шкоду, наприклад, знижуючи міцність і довговічність деталей машин і матеріалів в умовах експлуатації. Усунення чинників, що сприяють прояву ефект Ребіндера, в цих випадках дозволяє захищати матеріали від небажаного впливу середовища.

Навіть найміцніші тіла мають величезне число дефектів, які і послаблюють їх опір навантаженню, роблять менш міцними в порівнянні з тим, що передбачає теорія. При механічному руйнуванні твердого тіла процес починається з того місця, де розташовані мікродефекти. Збільшення навантаження призводить до розвитку в місці дефекту мікротріщини. Однак зняття навантаження призводить до відновлення первісної структури: ширина мікротріщини часто буває недостатньою для повного подолання сил міжмолекулярної (міжатомної) взаємодії. Зменшення навантаження призводить до «стягання» мікротріщини, сили міжмолекулярної взаємодії відновлюються практично повністю, тріщина зникає. Справа ще й у тому, що освіта тріщини - це утворення нової поверхні твердого тіла, а такий процес вимагає витрати енергії, рівній енергії поверхневого натягу, помноженої на площу цієї поверхні. Зменшення навантаження веде до «стягання» тріщин, т. К. Система прагне до зменшення енергії, в ній запасеної. Отже, для успішного руйнування твердого тіла необхідно покрити утворюється поверхня спеціальною речовиною, званим поверхнево-активною, яке буде зменшувати роботу з подолання молекулярних сил при утворенні нової поверхні. Поверхнево-активні речовини проникають в мікротріщини, покривають їх поверхні шаром товщиною всього в одну молекулу (що визначає можливість використання дуже малих кількостей добавок цих речовин), запобігаючи процес «схлопування», перешкоджаючи відновленню молекулярного взаємодії.

Поверхнево-активні речовини в певних умовах полегшують подрібнення твердих тіл. Дуже тонке (аж до розміру колоїдних частинок) подрібнення твердих тіл взагалі неможливо здійснити без додавання поверхнево-активних речовин.

Тепер залишається згадати, що руйнування твердого тіла (т. Е. Освіту нових мікротріщин) починається саме з того місця, де розташований дефект структури цього тіла. Крім того, додається поверхнево-активна речовина адсорбується переважно також у місцях розташування дефектів - таким чином полегшується його адсорбція на стінках майбутніх мікротріщин. Наведемо слова академіка Ребиндера: «Відрив частини відбувається саме за цими слабких місцях [розташування дефектів], і, отже, утворюються при подрібненні дрібні частинки тіла вже не містять цих найбільш небезпечних дефектів. Висловлюючись точніше, ймовірність зустрічі небезпечного слабкого місця стає тим менше, чим менше її розміри.

Якщо, подрібнюючи реальне тверде тіло будь-якої природи, ми дійдемо до частинок, розміри яких приблизно такі ж, як відстані між найнебезпечнішими дефектами, то такі частки вже майже напевно не будуть містити небезпечних дефектів структури, вони стануть набагато міцніше, ніж великі зразки того ж самого тіла. Отже, варто тільки подрібнити тверде тіло на досить дрібні шматочки, і ці шматочки тієї ж самої природи, того ж складу будуть найміцнішими, майже ідеально міцними ».

Потім ці однорідні, бездефектні частки треба з'єднати, зробити з них тверде (високоміцне) тіло потрібних розмірів і форми, змусити частинки щільно упакуватися і дуже міцно об'єднатися один з одним. Отримана таким чином деталь машини або будівельна деталь повинна бути набагато міцніше, ніж вихідний матеріал до подрібнення. Звичайно, не настільки міцною, як окрема частка, т. К. В місцях об'єднання виникнуть нові дефекти. Однак при вмілому проведенні процесу об'єднання часток міцність вихідного матеріалу буде перевершена. Для цього потрібно особливо щільно упакувати дрібні частинки, щоб між ними знову виникли сили міжмолекулярної взаємодії. Зазвичай для цього використовують стиснення частинок пресуванням і нагрів. Нагрівають отриманий пресуванням дрібнозернистий агрегат, не доводячи його до плавлення. При підвищенні температури збільшується амплітуда теплових коливань молекул (атомів) в кристалічній решітці. У точках дотику коливаються молекули двох сусідніх частинок зближуються і навіть перемішуються. Сили зчеплення збільшуються, частки стягуються, практично не залишаючи пустот і пір, дефекти місць зіткнення зникають.

У ряді випадків частки вдається склеїти або спаяти між собою. При цьому процес треба вести в такому режимі, щоб прошарку клею або припою не містили дефектів.

Докорінне удосконалення процесу подрібнення твердих тіл, засноване на практичному застосуванні ефекту Ребіндера, виявилося вельми корисним для багатьох галузей промисловості. Технологічні процеси подрібнення істотно прискорилися, при цьому споживання енергії помітно зменшилася. Тонке подрібнення дозволило проводити багато технологічних процесів при менш високих температурах і тисках. В результаті були отримані більш високоякісні матеріали: бетони, керамічні і металокерамічні вироби, барвники, олівцеві маси, пігменти, наповнювачі та багато іншого. Полегшується механічна обробка тугоплавких і жароміцних сталей.

Ось як описує спосіб застосування ефекту Ребіндера він сам: «Будівельні деталі з цементного бетону можуть бути надійно об'єднані в монолітну конструкцію шляхом склеювання цементним віброколлоідним клеєм ... Такий клей являє собою суміш тонкомолотого цементу (частина якого можна замінити тонкомолотого піском) з гранично малою кількістю води і добавкою поверхнево-активної речовини. Суміш розріджується граничним вібрацією в процесі нанесення на поверхні, що склеюються у вигляді тонкого прошарку. Після швидкого затвердіння прошарок клею стає найміцнішим місцем в конструкції ».

Використання ідей академіка Ребиндера щодо полегшення процесу подрібнення твердих тіл має велике практичне значення, наприклад, для розробки методу зменшення міцності мінералів з метою підвищення ефективності буріння в твердих породах.

Зниження міцності металів під дією металевих розплавів.У 1956 р Ребиндер відкрив явище зниження міцності металів під дією металевих розплавів. Було показано, що максимальне зниження поверхневої енергії твердого тіла (металу) майже до нуля можна викликати розплавленими середовищами, які близькі до твердого тіла з молекулярної природі. Так, міцність на розтяг монокристалів цинку вдалося знизити в десятки разів при нанесенні на їх поверхню шару рідкого металу олова товщиною в 1 мікрон і менше. Подібні ефекти для тугоплавких і жароміцних сплавів спостерігаються під дією рідких легкоплавких металів.

Відкрите явище виявилося вельми важливим для вдосконалення способів обробки металів тиском. Цей процес неможливий без застосування мастила. Для матеріалів нової техніки - тугоплавких і жароміцних сплавів - обробка особливо істотно полегшується при застосуванні активних мастил, які розм'якшують тонкі поверхневі шари металу (що, власне, і відбувається під дією невеликих кількостей металевих розплавів). При цьому метал як би змащує сам себе - усувається шкідлива надмірна деформація, що виникає при обробці, яка викликає так званий наклеп - заважає обробці підвищення міцності. Відкриваються нові можливості обробки металів тиском при нормальній і підвищеній температурах: підвищується якість виробів, зменшується знос обробного інструменту, витрата енергії на обробку.

Замість перекладу дорогого металу в стружку в процесі виготовлення виробу різанням можна застосувати пластичне зміна форми: обробку тиском без втрат металу. При цьому якість виробів також підвищується.

Різке зниження міцності поверхневого шару металів відіграє істотну роль в поліпшенні роботи вузлів тертя. Виникає автоматично діючий механізм управління зносом: якщо є випадкові нерівності на поверхнях, що труться (задирки, подряпини і т. П.), В місцях їх дислокації розвивається висока місцеве тиск, що викликає поверхнева течія металів, значно полегшене під дією адсорбованих розплавів (змочений розплавом поверхневий шар металу втрачає міцність). Поверхні, що труться легко прішліфовивать або заполіровивается. Введена «мастило» викликає прискорений «знос» нерівностей, збільшується швидкість підробітки (обкатки) машин.

Активні розплави-домішки можна використовувати в якості модифікаторів процесу кристалізації. Адсорбируясь на кристаликах-зародках виділяється металу, вони зменшують швидкість їхнього зростання. Таким чином, утворюється дрібнозерниста структура металу з більш високою міцністю.

Розроблено процес «тренування» металу в поверхнево-активному середовищі. Метал піддають періодичним поверхневим впливам, які не призводять до руйнування. Через полегшення пластичних деформацій в поверхневих шарах метал у внутрішньому обсязі як би «розминається», відбувається розпорошення кристалічної решітки зерен. Якщо проводити такий процес при температурі, близької до температури початку рекристалізації металу, в поверхнево-активному середовищі відбувається утворення мелкокристаллической структури з набагато більш високою твердістю. Та й подрібнення металів при отриманні тонкого порошку не обходиться без застосування поверхнево-активних розплавів. Надалі з цього порошку отримують вироби гарячим пресуванням (в повній відповідності з описаним вище процесом зміцнення матеріалів з порошків).

Ефект Ребіндера в полімерах. Видатний радянський фізико-хімік академік Петро Олександрович Ребиндер був першим, хто спробував впливати на роботу руйнування твердого тіла. Саме Ребиндера вдалося зрозуміти, яким чином це можна здійснити. Ще в 20-х роках минулого століття він використовував для цієї мети так звані поверхнево-активні, або адсорбційно-активні, речовини, які здатні ефективно адсорбуватися на поверхні навіть при низькій концентрації в навколишньому середовищі і різко знижувати поверхневий натяг твердих тіл. Молекули даних речовин атакують міжмолекулярні зв'язки в вершині зростаючої тріщини руйнування і, адсорбируясь на свіжоутвореними поверхнях, послаблюють їх. Підібравши спеціальні рідини і ввівши їх на поверхню руйнується твердого тіла, Ребиндер домігся вражаючого зменшення роботи руйнування при розтягуванні (рис.1). На малюнку представлені деформаційно-міцнісні криві монокристала цинку (пла-Стінкі товщиною близько міліметра) під час відсутності і в присутності поверхнево-активної рідини. Момент руйнування в обох випадках відзначений стрілками. Добре видно, що якщо просто розтягувати зразок, він руйнується при більш ніж 600% подовженні. Але якщо ту ж процедуру виробляти, завдавши на його поверхню рідке олово, руйнування настає за все при ~ 10% подовженні. Оскільки робота руйнування - це площа під кривою залежності напруги від деформації, неважко помітити, що присутність рідини зменшує роботу навіть не в рази, а на порядки. Саме цей ефект і був названий ефектом Ребіндера, або ад-сорбційними зниженням міцності твердих тіл.

Рис.1. Залежність напруги від деформації монокристалів цинку при 400 ° С: 1 - на повітрі; 2 - в розплаві олова

Ефект Ребіндера - універсальне явище, воно спостерігається при руйнуванні будь-яких твердих тіл, в тому числі і полімерів. Проте, природа об'єкта вносить свої особливості в процес руйнування, і полімери в цьому сенсі не виняток. Полімерні плівки складаються з великих цілих молекул, що утримуються разом силами Ван-дер-Ваальса або водневими зв'язками, які помітно слабкіше, ніж ковалентні зв'язки всередині самих молекул. Тому молекула, навіть будучи членом колективу, зберігає якісь відособленість і індивідуальні якості. Головна особливість полімерів - ланцюгове будова їх макромолекул, яке забезпечує їх гнучкість. Гнучкість молекул, тобто їх здатність змінювати свою форму (за рахунок деформації валентних кутів і поворотів ланок) під дією зовнішнього механічного напруги і ряду інших факторів, лежить в основі всіх характеристичних властивостей полімерів. В першу чергу - здатності макромолекул до взаємної орієнтації. Правда, слід зазначити, що це стосується тільки до лінійних полімерів. Існує величезна кількість речовин, що мають велику молекулярну вагу (наприклад, білки та інші біологічні об'єкти), але не володіють специфічними якостями полімерів, оскільки сильні внутрішньо-молекулярні взаємодії заважають їх макромолекулам згинатися. Більш того, типовий представник полімерів - натуральний каучук, - будучи «зшиті» з допомогою спеціальних речовин (процес вулканізації), може перетворитися на тверду речовину - ебоніт, що не подає взагалі ніяких ознак полімерних властивостей.

В полімерах ефект Ребіндера проявляється своєрідними. У адсорбційно-активної рідини виникнення і розвиток нової поверхні спостерігається не тільки при руйнуванні, а значно раніше - ще в процесі деформації полімеру, яка супроводжується орієнтацією макромолекул.

Рис.2. Зовнішній вигляд зразків поліетилентерефталату, розтягнутих на повітрі (а) і в ад-сорбційно-активному середовищі (н-пропанол) (б).

ребиндер полімер метал міцність

На рис.2 представлені зображення двох зразків лавсану, один з яких був розтягнутий на повітрі, а інший - в адсорбційно-активної рідини. Добре видно, що в першому випадку у зразку виникає шийка. У другому випадку плівка не звужується, зате стає молочно-білою і не прозорою. Причини спостерігається побіління стають зрозумілими при мікроскопічному дослідженні.

Рис.3. Електронна мікрофотографія зразка поліетилентерефталату, деформованого в н-пропанол. (Увел. 1000)

Замість монолітної прозорою шийки в полімері утворюється унікальна фібрилярні-пориста структура складається з нітеобразних агрегатів макромолекул (фібрил), розділених мікропорожнечі (порами). В цьому випадку взаємна орієнтація макромолекул досягається не в монолітної шийці, а всередині фібрил. Оскільки фібрили роз'єднані в просторі, така структура містить величезну кількість мікропорожнеч, які інтенсивно розсіюють світло і надають полімеру молочно-білий колір. Пори заповнюються рідиною, тому гетерогенне будова зберігається і після зняття деформуючого напруги. Фібрилярні-пориста структура виникає в особливих зонах і в міру деформування полімеру захоплює все більший обсяг. Аналіз мікроскопічних зображень дозволив встановити особливості структурних перебудов в полімері, що піддається крейзінгу (рис.4).

Рис.4. Схематичне зображення окремих стадій крейзінга-полімеру: I --ініціірованіе крейзі, II - зростання крейзі, III - розширення крейзі.

Зародившись на будь-якому дефекті (неоднорідності структури), які є в достатку на поверхні будь-якого реального твердого тіла, Крейзі ростуть через весь переріз розтягуваного полімеру в напрямку, нормальному осі розтягуючого напруги, зберігаючи постійну і досить малу (~ 1 мкм) ширину. У цьому сенсі вони подібні істинним тріщинах руйнування. Але коли Крейз «перерізає» весь поперечний переріз полімеру, зразок не розпадається на окремі частини, а залишається єдиним цілим. Це обумовлено тим, що протилежні краю такої своєрідної тріщини з'єднані найтоншими ниточками орієнтованого полімеру (рис.3). Розміри (діаметри) фібрилярних утворень, так само як і розділяють їх мікропорожнеч, - 1--10 нм.

Коли фібрили, що сполучають протилежні стінки крейзі, стають досить довгими, починається процес їх злиття (при цьому площа поверхні зменшується, рис.5). Іншими словами, полімер зазнає своєрідний структурний перехід від пухкої структури до більш компактною, що складається з щільно упакованих агрегатів фібрил, ко-торие орієнтовані в напрямку осі розтягнення.

Рис.5. Схема, що ілюструє колапс структури полімеру, що відбувається при великих зна-ченіях деформації в адсорбційно-активної рідини, на різних стадіях розтягування

Існує метод поділу молекул шляхом адсорбції з розчину тих з них, які здатні проникати в пори даного розміру (молекулярно-ситовий ефект). Оскільки розмір пір можна легко регулювати, змінюючи ступінь витяжки полімеру в адсорбційно-активному середовищі (використовуючи ефект Ребіндера), легко домогтися вибіркової адсорбції. Важливо відзначити, що використовувані в практиці адсорбенти зазвичай являють собою якийсь порошок або гранулят, яким заповнюють різного роду ємності (наприклад, сорбент в тому ж протигазі). За допомогою ефекту Ребіндера легко отримати плівку або волокно з наскрізною нанометріческой пористістю. Іншими словами, відкривається перспектива створити конструкційний матеріал, що володіє оптимальними механічними властивостями і одночасно є ефективним сорбентом.

За допомогою ефекту Ребіндера елементарним шляхом (простим розтяганням полімерної плівки в адсорбційно-активному середовищі) вдається робити пористі полімерні плівки на основі практично будь-яких синтетичних полімерів. Розміри пір в таких плівках легко регулювати, змінюючи ступінь деформації полімеру, що дозволяє виготовляти розділові мембрани для вирішення найрізноманітніших практичних завдань.

Ефект Ребіндера в полімерах несе в собі великий прикладної потенціал. По-перше, простий витяжкою полімеру в адсорбційно-активної рідини можна отримувати різноманітні полімерні сорбенти, розділові мембрани та полімерні вироби, що мають поперечний рельєф, і, по-друге, ефект Ребіндера дає хіміку-технологу універсальний безперервний метод введення модифікуючих добавок в полімери.

Список використаних матеріалів

• 1. www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf
• 2. www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html
• 3. http://femto.com.ua/articles/part_2/3339.html
• 4. Велика Радянська Енциклопедія. М .: Радянська енциклопедія, 1975, т. 21.
• 5. http://him.1september.ru/2003/32/3.htm
• 6. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00065/40400.htm
• 7. http://www.nanometer.ru/2009/09/07/rfbr_156711/PROP_FILE_files_1/rffi4.pdf
• 8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_Ребиндера