چه عواملی باعث افزایش ویسکوزیته اسلاری می‌شوند؟

1. غلظت جامدات

مهم‌ترین عامل افزایش ویسکوزیته اسلاری، غلظت جامدات معلق در آن است. با افزایش درصد جامدات در اسلاری، فاصله بین ذرات کاهش می‌یابد و تعاملات میان ذرات جامد بیشتر می‌شود. این امر باعث محدودیت حرکت آزاد مایع بین ذرات و افزایش مقاومت در برابر جریان می شود. به عنوان مثال:

• غلظت‌های پایین: وقتی غلظت جامدات کم است، ذرات کمتر با یکدیگر برخورد کرده و تعامل دارند، بنابراین ویسکوزیته نزدیک به ویسکوزیته مایع پایه باقی می‌ماند.
• غلظت‌های بالا: با افزایش غلظت، فاصله بین ذرات کاهش یافته و برخورد و اصطکاک بین آنها افزایش می‌یابد، که منجر به افزایش ویسکوزیته می‌شود. در غلظت‌های بسیار بالا، اسلاری می‌تواند خاصیت شبه جامد پیدا کند.

2. اندازه ذرات جامد

اندازه ذرات جامد تأثیر چشمگیری بر ویسکوزیته اسلاری دارد. ذرات ریزتر سطح تماس بیشتری با مایع ایجاد می‌کنند و این منجر به افزایش نیروی چسبندگی بین مایع و جامد می‌شود.

• ذرات ریزتر: ذرات ریزتر سطح تماس بیشتری با مایع دارند و در نتیجه تأثیر بیشتری بر مقاومت سیال در برابر جریان می‌گذارند. این موضوع باعث افزایش ویسکوزیته می‌شود. به عنوان مثال، در صنایعی مانند فرآوری مواد معدنی، استفاده از ذرات بسیار ریز ممکن است منجر به ایجاد اسلاری‌هایی با ویسکوزیته بالا شود که نیازمند پمپ‌های قوی‌تر برای جابجایی است.
• ذرات درشت‌تر: ذرات درشت‌تر ممکن است به راحتی ته‌نشین شوند و تأثیر کمتری بر ویسکوزیته دینامیکی داشته باشند.

3. شکل ذرات

شکل ذرات جامد نیز نقش مهمی در افزایش ویسکوزیته دارد.

• ذرات کروی: ذرات کروی ویسکوزیته کمتری نسبت به ذرات نامنظم دارند زیرا ذرات غیر کروی اصطکاک بیشتری در هنگام حرکت ایجاد می‌کنند.
• ذرات نامتقارن (مانند سوزنی یا ورقه‌ای): این ذرات ممکن است در هنگام جریان به یکدیگر گیر کنند یا شبکه‌ای موقتی تشکیل دهند که باعث افزایش ویسکوزیته می‌شود.

4. توزیع اندازه ذرات

اگر اسلاری شامل مخلوطی از ذرات با اندازه‌های مختلف باشد، ذرات کوچک‌تر ممکن است شکاف‌های بین ذرات بزرگ‌تر را پر کنند، که این امر چگالی بسته‌بندی ذرات را افزایش داده و در نتیجه ویسکوزیته را بیشتر می‌کند. به بیانی دیگر

• اگر توزیع اندازه یکنواخت باشد، ذرات بزرگ‌تر فضای بین ذرات کوچک‌تر را پر کرده و جریان راحت‌تر انجام می‌شود.
• در مقابل، توزیع نامتوازن می‌تواند منجر به افزایش برخورد و تداخل بین ذرات شود که ویسکوزیته را افزایش می‌دهد.

5. ماهیت سیال پایه

نوع مایعی که جامدات در آن معلق هستند، تأثیر زیادی بر ویسکوزیته اسلاری دارد. اگر سیال پایه خود ویسکوز باشد (مثلاً روغن یا پلیمرها)، ویسکوزیته کل اسلاری بیشتر خواهد بود. در نتیجه:

• مایعات با ویسکوزیته بالا (مانند روغن‌ها) معمولاً منجر به افزایش ویسکوزیته اسلاری می‌شوند.
• در صورتی که مایع حامل دارای افزودنی‌هایی مانند پلیمرها یا مواد ژل‌ساز باشد، ویسکوزیته اسلاری به شدت افزایش می‌یابد.

6. تعاملات ذره-ذره و ذره-مایع

اضافه کردن موادی مانند الکترولیت‌ها می‌تواند این تعاملات را تغییر داده و ویسکوزیته را کنترل کند.

• نیروهای واندروالسی: این نیروها بین ذرات می‌توانند باعث چسبندگی بیشتر ذرات به یکدیگر شوند و حرکت آزاد آنها را محدود کنند.
• لایه‌های هیدراته: اگر ذرات دارای لایه‌های هیدراته باشند، اصطکاک بین آنها افزایش یافته و ویسکوزیته بیشتر می‌شود.

• برهم‌کنش الکتروستاتیکی: اگر ذرات معلق دارای بار الکتریکی باشند، باعث جذب یا دفع ذرات می شوند.

 نیروهای جاذبه قوی:  در حالت جذب، تشکیل تجمعات ذرات و افزایش ویسکوزیته.

            نیروهای دافعه قوی: جداسازی بهتر ذرات و کاهش ویسکوزیته.

7. دما

دما یکی از مهم‌ترین عوامل فیزیکی تأثیرگذار بر ویسکوزیته اسلاری است. افزایش دما معمولاً منجر به کاهش ویسکوزیته می‌شود زیرا باعث کاهش ویسکوزیته سیال پایه و کاهش چسبندگی بین ذرات جامد و سیال می‌گردد. اما با این حال، در برخی از اسلاری‌ها (مانند اسلاری‌های حاوی مواد حساس به دما)، ممکن است اثر معکوس مشاهده شود. کاهش دما هم باعث افزایش ویسکوزیته مایع حامل و در نتیجه ویسکوزیته کلی اسلاری می‌شود.

8. افزودنی‌ها و مواد شیمیایی

افزودن مواد شیمیایی خاص می‌تواند باعث تغییرات عمده در ویسکوزیته شود و این افزودنی‌ها در صنایع مختلفی مانند رنگ‌سازی، داروسازی و فرآوری مواد معدنی استفاده می‌شوند.

• مواد پراکنده‌کننده: از تجمع ذرات جلوگیری کرده و ویسکوزیته را کاهش می‌دهند.

• مواد منعقدکننده: این مواد باعث تجمع ذرات به صورت خوشه‌های بزرگ‌تر می‌شوند و ویسکوزیته را افزایش می‌دهند.
• پلیمرها: پلیمرها می‌توانند با ایجاد شبکه‌های سه‌بعدی در مایع، حرکت ذرات را محدود کنند و ویسکوزیته را افزایش دهند.
• پایدارکننده‌ها: این مواد می‌توانند از ته‌نشینی ذرات جلوگیری کنند و با افزایش تراکم تعلیق، ویسکوزیته را بالا ببرند.

9. سرعت برش(Shear Rate)

بسیاری از اسلاری‌ها رفتار غیرنیوتنی دارند و ویسکوزیته آن‌ها به سرعت برشی وابسته است:

• رفتار رقیق‌شوندگی با برش: با افزایش سرعت برشی، ویسکوزیته کاهش می‌یابد.
• رفتار غلیظ‌شونده با برش: برخی اسلاری‌ها در سرعت‌های برش بالا ویسکوزیته بیشتری نشان می‌دهند. این رفتار به ترکیب شیمیایی و ساختار ذرات بستگی دارد. و این ویژگی به خصوص در اسلاری‌هایی با غلظت بالا مشاهده می‌شود.

10. زمان ماند یا استراحت اسلاری

اگر اسلاری برای مدت طولانی بدون حرکت باقی بماند، ممکن است ذرات ته‌نشین شده و شبکه‌ای ساختاری تشکیل دهند که ویسکوزیته را افزایش دهد. این پدیده در اسلاری‌های غیرنیوتنی رایج است.

11. PH محیط

pH اسلاری می‌تواند بر بار الکتریکی ذرات و رفتار آن‌ها در سیال تأثیر بگذارد. تغییرات pH ممکن است منجر به تشکیل تجمعات ذرات یا پراکندگی بهتر آن‌ها شود، که این امر به نوبه خود ویسکوزیته را تغییر می‌دهد. در pHهای نزدیک به نقطه ایزوالکتریک، ذرات به یکدیگر نزدیک‌تر شده و ویسکوزیته افزایش می‌یابد. نمک‌ها می‌توانند به پایداری تعلیق کمک کنند یا با کاهش دافعه الکتروستاتیکی، تجمع ذرات را افزایش دهند و ویسکوزیته را بالا ببرند.

12. چگالی ذرات جامد

هرچه چگالی ذرات جامد بیشتر باشد، آن‌ها تمایل بیشتری به ته‌نشینی دارند و برای معلق نگه داشتن آن‌ها انرژی بیشتری لازم است که این خود باعث افزایش ویسکوزیته می‌شود.

13. تجمع ذرات و پل‌زنی

تجمع ذرات جامد می‌تواند شبکه‌هایی موقتی در سیال ایجاد کند که باعث افزایش مقاومت در برابر جریان و در نتیجه افزایش ویسکوزیته شود. این تجمعات ممکن است به دلیل نیروهای واندروالس، پل‌زنی ذرات با پلیمرها یا پیوندهای شیمیایی تشکیل شوند.

نتیجه‌گیری

ویسکوزیته اسلاری به مجموعه‌ای پیچیده از عوامل فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی بستگی دارد. مدیریت این عوامل برای بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی اهمیت زیادی دارد، زیرا ویسکوزیته بالا می‌تواند منجر به افزایش

هزینه های پمپاژ و کاهش کارایی فرآیند شود. در نهایت درک دقیق رفتار ویسکوزیته اسلاری نیازمند آزمایش های تجربی و مدل سازی های پیشرفته است.

برای کسب اطلاعات بیشتر و یا ثبت سفارش می توانید با ما در تماس باشید.