Rheology and microstructure of dense suspensions of plate-shaped colloidal particles

剪切速率 体积分数 材料科学 剪切模量 剪切(地质) 流变学 复合材料 胶体 微观结构 悬挂(拓扑) 化学 同伦 数学 物理化学 纯数学
作者
Suzanne Jogun,Charles F. Zukoski
出处
期刊:Journal of Rheology [American Institute of Physics]
卷期号:43 (4): 847-871 被引量:112
标识
DOI:10.1122/1.551013
摘要

The flow properties and microstructure of dense kaolin clay suspensions are explored for volume fractions, φ, as large as 0.39. To avoid flocculation these particles were suspended in pH 10 buffer solutions where edge–face interactions are negligible. These plate-shaped particles have an aspect ratio of 10–12 and, thus, are likely to show alignment above a critical volume fraction φ* > 0.10. At low φ, the suspensions are Newtonian but show substantial orientation with increased shear rate. As φ is increased, the suspensions develop a yielding type of behavior. In the concentrated region φ > φ*, elastic moduli are a function of the previously applied shear rate, γ̇, decreasing from a low shear rate plateau of G′(0) to a high shear rate plateau of G′(∞). We interpret the modulus behavior as being a consequence of changes in alignment of domains in the suspension. Conductivity and x-ray scattering measurements confirm that particle alignment increases with increasing shear rate. The normalized modulus value, Gnorm′=[G′(γ̇)−G′(∞)]/[G′(0)−G′(∞)], is independent of φ indicating that the characteristic alignment shear rate is independent of volume fraction. Conductivities and x-ray scattering intensities normalized in the same manner are also independent of the volume fraction, and superimpose on the modulus data. Surprisingly, these data indicate that fractional particle alignment at a given shear rate is independent of φ for 0.05 < φ < 0.39.

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