Малакометрия

Малакометрия, отдел измерительной физики, к-рый количественно устанавливает степень мягкости (консистенцию) полужидких тел; наибольшее практическое значение М. получила при испытании битуминозных веществ, малярных красок, жиров и мазей, пластич ских масс, цементного теста, замазок. Абсолютно твердое тело механики как система, оказывающая бесконечно большое сопротивление всякому внедряющемуся в нее телу, и совершенная жидкость гидродинамики как система, нисколько не противодействующая подобному внедрению, должны рассматриваться в качестве отвлеченно мыслимых пределов, между к-рыми располагаются все физич. тела. Сила сопротивления, возникающая при вхождении в пространство, занятое нек-рым другим телом, может получать весьма различные значения; если она велика, то тела располагаются обыкновенно в порядке ее возрастания, и тогда говорят о твердости тела, а процессы, устанавливающие степень консистентности,"относят к склерометрии (смотрите); напротив, если она мала, то соответственные тела располагаются в порядке ее убывания, и тогда консистенция тела характеризуется преимущественно в терминах мягкости, процессы же, которые позволяют установить степень конси-стентности, относят к М. По существу нельзя провести твердую границу между испытаниями склерометрическими и испытаниями малакометрическими, и склерометрич. измерения могут даже непосредственно применяться в целях малакометрических;. так например опытами в Отделе материаловедения Всесоюзного электротехнич. ин-та (ВЭИ) выяснено, что испытанием на твердость по Бринелю удобно устанавливать консистент-ность озокеритов и церезинов, представляющих иногда даже полужидкие массы; но конечно это делается при незначительных давлениях. В зависимости от формы и рода внедряющегося тела, быстроты и глубины внедрения и некоторых других условий характеристика мягкости (или соответственно твердости) получает разные количественные значения, и данные, полученные одним способом испытания, не только по числовым значениям, но и по взаимному соотношению и порядку последних могут не соответствовать таковым же, полученным при других условиях испытания. Характеристика мягкости (или соответственно твердости) пред-

ставляет комплекс признаков, родственных между собою, но друг друга не покрывающих и до сих пор не проанализированных достаточно отчетливо. В частности следует |ще отметить понятие пластичности, к-рое иногда сближается с понятием мягкости. Охватывая суммарно комплекс признаков, испытание на мягкость в зависимости от способа его проведения может в большей или меньшей степени выделять один из признаков комплекса. Поэтому при данных о мягкости тела непременно должен быть указываем процесс испытания и испытательная установка, при помощи которой данная характеристика была получена. В особенности важно указание на скорость деформации тела и в соответствии с этим различение мягкости хотя бы двух родов, например мягкости статической, установленной при весьма медленных деформациях, и мягкости динамической, когда скорость деформации была весьма велика.

Процесс внедрения в испытуемое вещество нек-рого другого тела тесно связан с трением внедряющегося тела об испытуемое и с утеканием испытуемого тела от места деформации. Поэтому характеристика мягкости практически- неотделима от характеристики вязкости, причем это срастание характеристик тем более глубоко, чем мягче вещество. Практически текучесть (величина, обратная вязкости) и мягкость нередко заменяют друг друга. В качестве примера ниже приводим составленную по Гольде табл. 1,

Таблица 1 .—С ту пен и консистенции.

Ступени	Название консистенции	Типич. пример
I	Подвижножидкая	Керосин
II	Мало вяз ко жидкая	Веретенное масло
III	Умеренно вязкожидкая	Легкие машин. масла
IV	Вязкожидкая	Тяжелые » »
у	Густожидкая	Жидкие цилиндровые масла
VI	Подвижно мазеобразная	Вапор
VII	Густа мазеобразная	Вазелин, ланолин
VIII	образная	Топленое
IX	Сливочномаслооб-	Сливочное масло
X	Тукообразная	Нетопленое, тук

дающую десять последовательных ступеней консистенции, причем характеристика вязкости явно переплетается с характеристикой мягкости. Мягкость тела часто связана с тонкой неоднородностью его, причем одна фаза обладает большой удобоподвижностью, а другая, диспергированная, м. б. вполне твердой, но хорошо удерживающей в своих промежутках жидкость. Такова например глина, замешанная с водою. Во многих случаях это дисперсное состояние обусловлено сосуществованием в теле компонентов с разными, но близкими между собою t°_njl. (воски, битуминозные вещества,нек-рые смолы);мягкость таких тел весьма сильно зависит от έ°, возрастая вместе в возрастанием последней. Как пример быстрого возрастания мягкости даже в пределах комнатной t° представлены в таблице 2 данные о нек-рых асфальтах, причем мягкость их охарактеризована значением проницаемости по Маркуссону; следует от-

Т а б л. 2.—Завнсвмость мягкости некоторых асфальтов от (° (по Маркуссону).

Испытуемый асфальт	Проницаемость при ί°
Испытуемый асфальт	15°	20°	25°
Очищенный тринидадский асфальт ..	1,3	1,6	2,1
Нефтяной асфальт.	2,5	2,8	3,0
Тоже ..	5,8	7,0	10,1
Калифорнский«Навахо асфальт» ..	7,2	8,3	10,1
Асфальт гудрон.	9,1	12,1	14,9
Бермудец асфальт.	7,0	12,5	15,9
Нефтяной ».	16,3	21,2	29,4

метить значительно более резкую изменяемость с ί° искусственных асфальтов по сравнению с естественными, которые в этом отношении более устойчивы. Присутствие посторонних твердых примесей, особенно если они не находятся в очень тонко дисперсном состоянии, делает малакометрич. испытания ненадежными, тем более что фронтальная часть внедряющегося при испытании тела обычно имеет вид заостренный. Так например Гари установил, что испытания асфальтов при помощи пенетрометра могут дать хорошо сходящиеся результаты только тогда, когда количество небитуминозных примесей не превосходит 4%, но и то при условии очень мелкой раздробленности этих примесей. Специальные приборы для М. носят название консистометров (смотрите), мягкомеров, ма-лакометров, пенетрометров, ма-лакографов. Существует, особенно в США, достаточно много различных вариантов приборов этого рода?- Приборы с горизонтальным рычагом, несущим иглу Боуена (модель 1888 г. и 1893 г.), Доу и

Гриффитса с электрич. спуском маятника (мод. 1894 г.),Голля иМариотта(мод. 1919г.). Приборы с вертикальным стержнем, несущим иглу: Доу (модель 1903 г., фигура 1), Ричардсона и Форреста (фигура 2), Роу-строна (модель 1910 г.), Гетчисона, Мора (модель 1914 г.), Говарда (модель 1917 г., фигура 3);

в этом последнем приборе движение стержня контролируется автоматически при помощи электромагнита. Представление о механизме этого рода приборов можно получить из описания одного из распространенных приборов, пенетрометра Доу (фигура 1). Он со

стоит из штатива,"устанавливаемого вертикально при помощи винтов т,т. Игла.И, вставленная в медную оправу, удерживаемую винтиком в алюминиевом стерженьке В, представляет рабочую часть прибора. Стерженек В присоединен к раме, несущей в нижней части груз С=50 з; вес рамы и прочие частей тоже 50 г. Зажим Е удерживает стерженек в нужном положении действием закрепляющего винта F; при ослаблении его стерженек спускается, и игла втыкается в испытуемый образец на глубину, измеряемую пробегом стрелки по циферблату Н, одно деление которого соответствует 0,01 см. Стрелка приводится в движение кремальерой д, уравновешенной грузом I; передвигая последний, можно довести конец кремальеры до соприкосновения с концом алюминиевого стерженька. Испытуемое вещество наливается в низкий жестяной цилиндр К, к-рый ставится в чашку с водой, поставленную на полочку D; глубина слоя воды должен быть 5—7 см. Измерение времени произво-

-/-1,01-1,02 метров м т

0,14-0,1 6мм

[-*—6,34-6,36мм

50,8 миллиметров

Фигура 4.

дится секундомером илисекундным маят-ником. После заливки в жестяной сосуд расплавленного асфальта и отвердения его сосуд ставят в воду определенной Г (0°, 15°, 20°, 25°, 50° и выше) и выдерживают в воде по крайней мере */г часа. Для получения числа проницаемости (пенетра^· ции) должен быть взято среднее из трех показаний. Совпадающие результаты получаются только при безукоризненной чистоте прибора; кремальера не должна подвергаться смазке, игла должен быть чиста, без ржавчины и зазубрин. После испытания иглу тщательно промывают бензолом и просушивают. В дальнейшем усовершенствовании того же пене трометра Ричардсоном и Форрестом (фигура 2) рамка устранена, а груз N закрепляется непосредственно на стерженьке. Зеркальце D, укрепленное на шаровом сочленении, облегчает установку иглы точно у поверхности образца. Испытуемый материал плавят в жестянках 10 миллиметров высотой и 50 миллиметров диаметром, выдеря-сивают в воде, но для испытания извлекают из воды, слегка обтирают и помещают на столик С. Игла как наиболее существенная часть малакометрич. приборов нуждается в особенном внимании. Долгое время в качестве иглы применялось т. н. па-раболич. острие № 2 фирмы R. J. Roberts (Redditch, Англия), но в 1916 году было выяснено, что с различными экземплярами иглы получаются весьма неоднородные результаты, и в 1920 году на основании опытов Кромптона, произведенных в 1909 г., была окончательно стандартизована игла с притупленным концом; диаметр фронтального притупления 0,15 миллиметров (фигура 4). Такие иглы дают показания согласные.

Вышеописанные приборы с иглою предназначены для испытания веществ сравнительно малой мягкости. При большей мягкости материалы в роде масляных красок нуждаются при испытании в теле, внедряющемся в них с большим усилием, чем игла. Таков например аппарат Гиксо- ss на, принятый Америк. обществом испытания ® материалов (ASTM).

Фигура 5. Фигура 6.

Внедряющееся тело здесь представляет собой алюминиевый конус, верхний диаметр которого 3,81 см, угол отверстия 45°, а вес 20 г. В нижнем конце находится стальное острие. При нек-рых испытаниях применяется внедряющееся тело иной формы. При еще большей мягкости внедряющееся тело получает вид диска, как например в мобилометре Гарднера-Паркса. Такой малакометрич. прибор уже близок к различным вискозиметрам, например с падающим или подымающимся шариком, с крыльями и т. д., и измерение мягкости переходит к измерению текучести. Такую же переходную между мягкостью и текучестью характеристику материала измеряют приборы в роде декрафтомет-р а Чернова или измерителя текучести Гарднера, основанные на растекании по плоскости полужидкого теста. Практич. значение М. особенно ясно сознано в США главным обр. в связи с широким распространением асфальтового дорожного строительства, а также в Германии. Отражение этого представляет обязательная нормализация мягкости асфальта для различных применений. В Германском Physikal.-Technische Reichs-anstalt мягкость ^асфальта и различных сме-

сей его с наполнителями подвергается испытанию в условиях, близких к эксплуат-онным, а именно путем вдавливания грузов различного сечения и в частности отрезков шин при определенной нагрузке. кривые, показанные одинаковыми линиями). 7) После прогрева мягкость асфальтов снижается и тем сильнее, чем выше был нагрев (фигура 10; ср. кривые с одинаковыми номерами). 8) Зависимость мягкости от t° испытания

а Ю 20 30 40 so во ^

Проницаемость(100г,5ск,при25

Фигура 7.

6.500

6,000

5.500

5.000

4.500 4/000

3,500

3 3,000 оэ

2.500

2.000 1J00

1,000 500

0^10 20 3040 50 60 W 80 90 Проницаемость

Фигура 8.

Результаты испытания мягкости асфальтов установили следующее. 1) С возрастанием удельного веса асфальта мягкость убывает и притом тем быстрее, чем выше температура испытания (фигура 5). 2) Точно так же можно говорить об убывании мягкости при повышении точки плавления асфальта (фигура 6); однако зависимость эта довольно неточная. 3) С возрастанием пенетрации возрастает также и тягучесть (смотрите Дуктилометр), но прогрев асфальта рассеивает точки (фигура 7). 4) Вязкость асфальта падает с возрастанием мягкости и тем круче, чем выше t° (фигура 8).

5) Точно так же падает и нерастворимость в петролейном эфире, но тем менее, чем сильнее был прогрев асфальта (фигура 9). 6) С возрастанием темп-ры проницаемость быстро и притом ускоренно возрастает-(фигура 10; ср.

становится тем меньшей, чем выше была <° прогрева асфальта (фигура 10; кривые с одинаковыми номерами).

J./7ит.: Маркуссон И., Асфальт, пер. с нем., стр. 117—143, М.—Л., 1920; ДобрянекийА. Ф., Анализ нефтяных продуктов, стр. 361—366, М.—Л., 1925; Лазарев Π. П., О пластичности веществ и о причинах, которые вызывают ее, «Журпал прикладной физики», М.—Л., 1929, т. 6, вып. 1; О стром ысленский И. И., К вопросу о природе эластического и пластического состояния материи, «Ж», часть химич., 1925, т. 47; О Минин Л. В.,

К вопросу о пластичности глин и каолинов, «Труды Гос. иссл. керамич. ин-та», М., 1928, вып. 13; Л у-

4 и ц к и и В. И., Каолины Украины, «Труды Ин-та прикладной минералогии и цветной металлургии», М., 1928, вып. 41; Gardner Н. A., Untersuchungs-methoden der Lack- u. Farben-Industrie, p. 26—61, B., 1929; Spielmana P. E., Bituminous Substances, L., 1925; Bingham E. C., Fluidity a. Plasticity,

5 ed., N. Y., 1922; Gary, «J. Ch. I.», 1916, V. 35,

p. 525; American Soc. for Testing Materials, Serial Designation, D 5—21, Philadelphia. П. Флоренский.