Влияние давления на вязкость

Смазочные масла между трущимися поверхностями подвергаются высоким давлениям; при некоторых нефтескладских операциях нефтепродукты также находятся под повышенными давлениями. Влияние давления на вязкость имеет большое практическое значение.

Вследствие значительных методических трудностей этот вопрос менее изучен, чем зависимость вязкости от температуры . Бридж-мен провел обширные исследования о влиянии давления на вязкость жидкостей при давлениях до 12 000 кГ/см2. Во всех случаях (за исключением воды) он обнаружил, что с увеличением давления вязкость резко возрастает (табл.22).

Даже у одной из наименее чувствительных к влиянию давления на вязкость жидкостей, а именно у метилового спирта, вязкость при 12 000 кГ/см2 почти в 10 раз больше, чем при атмосферном давлении. У отдельных жидкостей под влиянием давления вязкость возрастает в тысячу раз и больше.

носит название пьезокоэфициента вязкости.

при атмосферном давлении.

В гомологических рядах углеводородов, спиртов, хлор-, бром-и иод производных алифатических углеводородов влияние давления на вязкость за небольшим исключением возрастает с длиной углеводородной цепи. Вязкость изосоединений более чувствительна к давлению, чем вязкость соответствующих нормальных соединений. То же справедливо для вязкости циклических углеводородов по сравнению с алифатическими. Метилирование циклов немного снижает зависимость вязкости от давления, но она быстро повышается с увеличением длины и числа боковых цепей. У бутилбензола она примерно такая же, как и у бензола, а у диэтилбензола несколько больше. В целом можно сделать вывод, что чем сложнее молекула жидкости, тем больше пьезокоэфициент вязкости.

Как правило, чем ниже температура, тем больше пьезокоэфи-циент вязкости. С повышением давления возрастает температурный коэфициент вязкости (см. табл. 22).

Гаузер, Бриджмэн и др. наблюдали интересную аномалию вязкости воды, заключающуюся в том, что ниже 30° при повышении давления вязкость вначале падает, а затем выше 1000 кГ/см2 начинает расти. Бриджмэн связывает аномальное поведение воды с влиянием давления на ассоциацию молекул. Выше 30°, когда ассоциация молекул исчезает, эффекта не наблюдается. Однако причина этого явления не вполне выяснена.

Вязкость смазочных масел сильно возрастает с повышением давления. При давлении 1000 am она возрастает в 8—40 раз. При давлениях в несколько тысяч кГ/см2 многие вязкие масла превращаются в мазеобразные вещества. Согласно измерениям Хайда , Герси и Кискальта зависимость вязкости от давления у разных масел может сильно различаться, но она всегда выше, чем у низших углеводородов и легких нефтепродуктов. Согласно Хайду вязкость минеральных масел более чувствительна к давлению, чем вязкость растительных масел. Хорошей иллюстрацией влияния давления на вязкость масел могут служить данные Дау (табл. 23).

Пьезокоэфициент вязкости в широком диапазоне давлений не остается постоянным. Вязкость в отличие от объема, термического расширения и ряда других свойств с повышением давления вначале растет менее круто, чем при больших давлениях.

Вследствие различной техники измерения давление выше атмосферного условно делят на высокие и сверхвысокие (выше 1000 am). Изменение характера зависимости вязкости от давления имеет место примерно на границе между ними. Варбург, Фауст и некоторые другие исследователи нашли; что при давлении ниже 700—800 am зависимость вязкости от давления близка к линейной и с некоторым приближением подчиняется простому уравнению

—вязкость при давлении р;

  — вязкость при атмосферном давлении; щ —постоянная при данной температуре; р — избыток давления над атмосферным.

М. П. Воларович показал, что исследованные им отечественные вязкие смазочные масла при давлении до 1000 am с достаточным приближением подчиняются логарифмической зависимости (фиг. 64) вида

Величина постоянных аиЬ зависит от природы масла и температуры. Значение этих величин приведено в табл. 24.

Влияние давления на вязкость частично объясняется сжимаемостью жидкости и, как следствие этого, изменением расстояния между молекулами (уменьшение свободного пространства). Однако это не может быть единственной причиной влияния давления, особенно сверхвысокого. В то время как согласно уравнению А. И. Бачинского вязкость является линейной функцией удельного объема, вязкость при сжатии под давлением растет значительно быстрее. При 10 000—12 000 кГ/см2 объем жидкостей уменьшается на 20—26%, в то время как вязкость возрастает в десятки и сотни раз. Многие авторы допускают, что под влиянием давления изменяется объем молекул. Подтверждение этому предположению мы находим в более высоком пьезокоэфициенте вязкости жидкостей, состоящих из сложных молекул, которые более склонны к деформации.

Изменение механических свойств жидкости под влиянием давления связано также с воздействием давления на температуру плавления, особенно когда температура измерения вязкости не очень далека от температуры кристаллизации жидкости. Температура плавления бензола возрастает с 5,4° при 1 am до 96,6° при 40 000 am . А. Ф. Верещагин и В. А. Преображенский наблюдали кристаллизацию такой трудно кристаллизуемой жидкости, как чистый глицерин, при давлении 1000—1500 am. Кристаллизация углеводородов под давлением исследовалась Клау-зисом и Вейганд .

Влияние давления на вязкость не ограничивается чисто физическими факторами. Давление обусловливает различные химические реакции или способствует им, в частности конденсации, полимеризации и молекулярной перегруппировке (обзор с подробной библиографией см. ). Все эти процессы весьма значительно влияют на механические свойства веществ. Отметим, например, что олеиновая кислота под давлением порядка 3000 am твердеет и после снятия давления не возвращается в жидкое состояние. Такое сравнительно стойкое в химическом отношении соединение, как сероуглерод, необратимо твердеет при давлении 40 000 am. У минеральных масел, подвергнутых сверхвысоким давлениям, наблюдается необратимое повышение вязкости и необратимое затвердение.