بررسی تورم قالب در کف و امولسیون

صنایع پلیمری و پلاستیکی اغلب با مسءلی مربوط به محصولات خود روبرو هستند که به ویژگی های شارش در این محصولات بر می گردد. یکی از این مساءل مربوط به خروج سیالاتی مانند پلاستیک مذاب از قالب است. در این حالت مشاهده می شود که سیال خارج شده از قالب قدری متورم می شود که چنین پدیده ای تورم قالب نام دارد. بدلیل کاربردهای صنعتی متنوع تاکنون بیشتر مطالعات به بررسی محلول ها و مواد مذاب پلیمری اختصاص یافته است. در این رساله قصد داریم جهت بسط و گسترش دامنه ی بررسی ها به گستره ی وسیع تری از مواد غیرنیوتنی،این پدیده را در مورد کف و امولسیون مورد مطالعه قرار دهیم. اساس کار بر پایه ی آزمایش ها و مشاهدات تجربی است که البته تا حدی نیز به تحلیل نظری نتایج حاصل خواهیم پرداخت. در گام اول کف را که در دسته ی مواد دوفازی قرار دارد و شامل حباب هایی در بستری از مایع است مورد بررسی قرار می دهیم.خواهیم دید که نتایج بدست آمده در مورد تورم قالب کف روندی برخلاف تمام موادی که تاکنون مورد مطالعه قرار گرفته اند نشان می دهد. در ادامه با معرفی رابطه ای نظری که اساس آن خاصیت کشسانی مواد ویسکوالاستیک است سعی در توجیه نتایج حاصل خواهیم داشت اما خواهید دید که این نظریه قادر به این کار نیست. با توجه به برخورداری کف از ساختار ریز و لذا پیچیدگی رفتار آن تحت تنش سعی می کنیم با مشاهده ی شارش کف درون میکروکانال، تا اندازه ای با نوع رفتار این ماده تحت تنش درون کانال آشنا شویم. مشاهدات هیچ گونه تغییر شکل و تغیییر حجم قابل ملاحظه ای در حباب های کف نشان نمی دهد اما نکته ی قابل توجهی که هنگام خروج سیال از دهانه ی خروجی کانال مشاهده می شود بازآرایی حباب های کف پس از حذف تنش های دیواره است که در نهایت آن را به عنوان عامل اصلی ایجاد تورم معرفی می کنیم. در ادامه امولسیون را به عنوان ماده ای با ساختار مشابه کف، البته شامل قطراتی از یک مایع توزیع شده در میان بستری از مایع دیگر مورد بررسی قرار می دهیم. نتایج بیانگر روند صعودی تورم رشته ی سیال بر حسب نرخ شارش است. خواهیم دید که باز هم نظریه های اراءه شده قادر به پیش بینی نتایج بدست آمده برای تورم امولسیون نیستند لذا با بررسی مدلی مبتنی بر تغییر شکل قطرات سعی در یافتن دلیلی برای ایجاد این پدیده در امولسیون خواهیم داشت که البته تا اندازه ای هم موفق به این کار می شویم اما آزمایش های انجام شده روی شارش امولسیون درون میکروکانال هیچ تغییر شکل قابل ملاحظه ای را نشان نمی دهند لذا فرض تغییر شکل قطرات امولسیون رد می شود. در جریان همین مشاهدات متوجه می شویم که قطرات امولسیون مشابه حباب های کف پس از خروج از کانال با جابه جا شدن نسبت به هم آرایش جدیدی را شکل می دهند که این خود باعث متورم شدن رشته ی سیال خروجی می شود. لذا در نهایت مشابه کف عامل اصلی در پدیده ی تورم قالب امولسیون را پدیده ی بازآرایی قطرات معرفی می کنیم.