Адрес для переписки:Афанасенко Алексей АлександровичБелорусский национальный технический университетпросп. Независимости, 65,220013, г. Минск, Республика БеларусьТел.: +375 17 338-78-40CNIIDSGM@bntu.by
Address for correspondence:Afanasenka Аliаksei А.Belаrusian National Technical University65, Nezavisimosty Ave.,220013, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 17 338-78-40CNIIDSGM@bntu.by
Исследование реологического поведения и механизмов структурообразования дисперсных систем на основе органических вяжущих – актуальная задача для оптимизации энергозатрат при производстве и эксплуатации вязкопластичных нефтепродуктов. Целью работы является совершенствование методологии оценки реологических свойств таких систем с учетом их сложной внутренней структуры. На основе массива экспериментальных данных ротационной вискозиметрии выполнен сравнительный анализ точности аппроксимации кривых течения с применением моделей Оствальда – де Ваале, Шведова – Бингама, Кассона и Гершеля – Балкли. Показано, что применение упрощенных степенных зависимостей приводит к существенному завышению предела текучести (до 1000 %) и ошибочной интерпретации вязкостного сопротивления как статической прочности структуры. Обоснована эффективность трехпараметрической модели Гершеля – Балкли как наиболее достоверного инструмента для описания поведения вязкопластичных сред (коэффициент детерминации >0,99). Установлено, что минеральный наполнитель выполняет функцию загустителя, не формируя связного каркаса даже при высоких концентрациях. Подтвержден перколяционный механизм упрочнения системы целлюлозными волокнами, формирующими пространственный армирующий кластер при содержании выше 2,5 %. Разработанная эмпирическая модель, описывающая предел текучести как кубическую функцию от содержания волокна и линейную функцию от содержания полимера, рекомендуется для направленного регулирования реологических свойств дисперсных систем. Полученный результат обеспечивает рациональное использование дорогостоящих компонентов и повышает энергетическую эффективность производства и эксплуатационную надежность материалов на основе органических вяжущих.
Investigating the rheological behavior and mechanisms of structure formation in disperse systems based on organic binders is a critical task for optimizing energy consumption during the production and operation of viscoplastic petroleum products. The objective of this study is to improve the methodology for evaluating the rheological properties of such systems, accounting for their complex internal structure. Based on an extensive dataset obtained from rotational viscometry, a comparative analysis of flow curve approximation accuracy was performed using the Ostwald – de Waele, Shvedov – Bingham, Casson, and Herschel – Bulkley models. It is shown that the application of simplified power-law relationships leads to a substantial overestimation of the yield stress (up to 1000 %) and a misinterpretation of viscous resistance as static structural strength. The effectiveness of the three-parameter Herschel – Bulkley model is substantiated as the most reliable tool for describing the behavior of viscoplastic media (coefficient of determination > 0.99). It is established that the mineral filler acts as a thickening agent without forming a coherent load-bearing framework, even at high concentrations. The percolation mechanism of system reinforcement by cellulose fibers is confirmed, whereby a spatial reinforcing cluster is formed at fiber contents above 2.5 %. The developed empirical model, which describes the yield stress as a cubic function of fiber content and a linear function of polymer content, is recommended for the targeted regulation of the rheological properties of disperse systems. The obtained results ensure the rational use of expensive components and enhance the energy efficiency of production processes and the operational reliability of materials based on organic binders.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.