Портрет трещины

Для производства бумажной массы целлюлозу механически обрабатывают в специальных мельницах. При этом происходит фибрилляция – расщепление пучка волокон на отдельные волокна – фибриллы. Оказывается, чем лучше разделены волокна и чем меньше они изрублены, тем прочнее, эластичнее, однородней бумага. Размер волокон должен быть в пределах от 0,8 до 1,2 мм. Именно такого рода волокна получали из хвойной древесины, у которой изначально они имели длину около 3 мм. Древесина лиственных пород (осина, тополь, береза) в обычных мельницах обрабатываться не может, так как длина их волокон всего лишь 1-1,5 мм, и дальнейшая рубка волокон не позволяет получать качественную бумагу.

В Сибирском технологическом институте разработали мельницу, в которой это обстоятельство учли, и разрушение волокон уменьшилось. Достигается это следующим образом. Смесь волокнистого вещества с водой подается под давлением в параллельно расположенные щелевые сопла. При этом суспензия сжимается. Когда же она выдавливается из сопла и попадает в зону внезапного расширения, происходит явление, известное под названием кавитация. Суть его заключается в образовании в расширяющейся жидкости множества пузырьков воздуха. Жидкость неспособна выдерживать действие больших растягивающих напряжений и разрушается, как бы закипает. При этом развиваются серьезные давления. Чтобы читателю стало понятно, насколько это серьезно, скажу, что этот процесс – одна из основных причин разрушения винтов на кораблях. Каждый акт вскрытия и захлопывания полости играет роль микроскопического молота, вырывающего из винта крохотную частицу металла. А поскольку этот процесс постоянно воспроизводится, он приводит к появлению на

теле винта огромных каверн, нарушающих прочность, ухудшающих обтекание жидкостью и тем самым понижающих эффективность работы. И, что важно в военно-морском флоте, при этом резко увеличивается интенсивность звучания винта, а следовательно, облегчается обнаружение корабля. Именно этот эффект и использовали в Сибирском институте. Только теперь кавитаци-онный процесс шел по пути разрушения связей между волокнами.

В дополнение к этому явлению на пути струи располагалась стальная заостренная пластинка. Под действием пульсаций струна вибрировала. Это был как раз тот случай, когда постоянные колебания простительны. Тем более, что они содействовали дополнительному протеканию фибрилляции. Особенно хорошим получался помол, когда пластинка входила в резонансные колебания. В этих условиях оказалась возможной и переработка древесины лестничных пород.

Процесс тонкой деструкции материала имеет уникальные, без преувеличения беспрецедентные, физические особенности и связанные с ними удивительнейшие применения в химической, фармацевтической и других отраслях промышленности. Оказывается, при разрушении, в частности, кристаллического вещества, образуются чистейшие, физики говорят «ювенильные», поверхности. Трещина как бы вскрывает и делает доступными внутренние слои материала, не загрязненные примесями, оксидами, влиянием внешних сред. Это обстоятельство вводит в любой химический процесс с участием таких поверхностей «искренность» и отсутствие посторонних воздействий. Более того, обнажение при массовом дроблении огромной химически активной поверхности играет провоцирующую и стимулирующую роль, заметно увеличивая скорость процессов. Но и это далеко не все. Чисто утилитарный процесс дробления и перемола -

Скалы в гальку передробило,
Гальку перемололо в песок…

(Б. Слуцкий)

– оказался дорогой, ведущей не только туда, куда ее прокладывали, и открыл перед нами совершенно новое научное направление-механоэмиссия и механохи-мия твердых тел. В 1986 году в Ростове-на-Дону состо-

ялся симпозиум по этой проблеме, в сотнях сообщений которого содержится информация, попросту «захватывающая дух».

Расскажем хотя бы о некоторых вопросах, стоявших в повестке дня симпозиума. Сравнительно давно было известно, что при раскалывании кристаллов их поверхности электризуются. Причем, если в процессе роста трещин возникающий заряд значителен, то со временем он ослаблевает – релаксирует, но сохраняется на поверхностях раскола длительное время. Около 40 лет тому назад известный советский физик Б. В. Дерягин обнаружил эмиссию электронов со свежесколотых поверхностей, названную уже тогда механоэмиссией. Оказалось, что этот процесс намного шире, нежели вначале предполагалось--электроны изучаются при нарушении адгезионных контактов при динамическом контактировании твердых тел в среде углеводородов, разрыве химических связей, разрыве полимерных цепей. Между тем, электроны-то необычные. Они обладают высокой энергией, порядка 40-100 КЭВ и излучаются отдельными элементами вскрываемой поверхности, образующими электростатическую мозаику. Интересно, что этот процесс свойственен в различных масштабах практически любым разрушаемым материалам, даже обычной бумаге.