مطالعه نظری و عملی پراکنش ذرات جامد در بستر مذاب پلیمری

پراکنش کلوخه ها و انبوهه ها از جمله مهمترین مراحل فرآیند مواد است که در بسیاری از کاربردها با آن مواجه می شویم. اهمیت مطالعه این فرآیند از اینجا ناشی که پراکنش ذرات نه تنها نقش کلیدی در تعیین خواص ریولوژیکی این سامانه ها بازی می کند، بلکه اثر بسیار مهمی در تعیین خواص نهایی سامانه دارد. از اینرو پیش بینی و کنترل این فرآیند برای دستیابی به خواص مورد نظر یا طراحی فرآیندها و مخلوط کننده های مناسب همواره از موضوعات تحقیقاتی بسیاری از محققان بوده است. در این مطالعه سعی گردید تا با استفاده از روشهای محاسباتی شامل روش المانهای مجزا و دینامیک استوکسی رفتار پراکنشی کلوخه ها با ساختارهای متفاوت در میدانهای جریان مختلف دو بعدی و سه بعدی مورد مطالعه قرار گیرد. این مطالعات نشان داد که ساختار فضایی کلوخه ها یکی از تأثیر گذارترین پارامترها بر رفتار پراکنشی آنهاست. هر چه ساختار کلوخه ها متراکمتر باشد (بعد فرکتالی بالاتر باشد)، رفتار آن رفتاری صلب خواهد بود و شکست آن بصورت ناگهانی، بعد از تغییر شکل اندکی صورت می گیرد. اما کلوخه های با ساختار متخلخل تر (بعد فرکتالی کوچکتر) رفتار انعطاف پذیری از خود نشان داده و پس از تغییر شکل قابل توجه می شکنند. همچنین نتایج حاصل از مدلسازی این فرآیند نشان داد که میدانهای برشی به دلیل وجود مولفه های چرخشی قابلیت پراکنش کمتری در مقایسه با میدانهای کششی دارند. در این مطالعه برای اولین بار نشان داده شد که با استفاده از روش دینامیک استوکسی و روشهای عددی تحلیل جریان می توان فرآیند پراکنش را در میدانهای جریان با هندسه های پیچیده پیش بینی نمود. مطالعات تجربی در این زمینه نشان داد که اکسترودرهای دو پیچه به دلیل حضور پررنگ میدانهای کششی از قابلیت اختلاط بهتری در مقایسه با مخلوط کننده های داخلی برخوردار بوده و حضور این میدانهای کششی احتمالا از تشکیل مجدد کلوخه ها (حتی کلوخه های کوچکتر) جلوگیری می نماید. همچنین نشان داده شد که با استفاده از روش دینامیک استوکسی می توان خواص ریولوژیکی سامانه های متشکل از کلوخه ها اثر و پارامترهای مختلف را پیش بینی نمود. این مطالعات نشان داد که کلوخه های با بعد فرکتالی کوچکتر به دلیل سطح تماس بیشتر در مقایسه با کلوخه های با بعد فرکتالی بزرگتر در تعداد ذرات مساوی، ویسکوزیته سامانه را بیشتر افزایش می دهند. همچنین این نتایج نشان داد که در کلوخه های با ساختار یکسان، کلوخه هایی که از ذرات با برهمکنشهای سطحی قویتری تشکیل شده باشند، ویسکوزیته سامانه را بیشتر افزایش می دهند. پیشنهاد می شود که این تحقیقات با در نظر گرفتن ذرات غیر همسان و غیر کروی ادامه یابد.