مدلسازی تشکیل ریزساختار ذرات جامد و بررسی اثر آن بر خواص رئولوژیکی سیال پلیمری

پلیمرهای پرشده از کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف برخوردارند. از اینرو شناخت بهتر رفتار ریولوژیکی این سیستم ها کمک شایانی به نحوه فرایند پذیری آنها می کند. در این پایان نامه تحت عنوان " مدلسازی تشکیل ریزساختار ذرات جامد و بررسی اثر آن بر خواص ریولوژیکی سیال پلیمری به تغییرات ریولوژی سیالات پلیمری پرشده تحت تاثیر حضور ذرات و مدلسازی فرآیندهای تجمع و شکست ذرات جامد پرداخته شده است. برای مطالعات تجربی، سیال pdms100 بعنوان ماتریس و ذرات کربنات کلسیم بعنوان فاز متفرق تهیه شدند و نمونه هایی با 10، 20، 30 و 40 درصد حجمی و در دور 5000 rpm تهیه شدند. نومدارهای ریومتری در کسرهای حجمی متفاوت بیانگر رفتار رقیق شوندگی نمونه های سوسپانسیونی در اثر برش بودند ولی ماتریس دارای رفتاری کاملا نیوتنی بود. این رفتار به وجود ساختارها در سیستم های پرشده و شکست آنها در اثر اعمال برش نسبت داده می شود. نمودارهای بدست آمده، نشان از افزایش تنش تسلیم، ویسکوزیته و مدول نمونه ها با افزایش کسر حجمی ذرات جامد داشتند. حضور ذرات بیشتر در بستر سیال سبب درگیری بیشتر سیال با ذرات می شود و در نتیجه سبب افزایش ویسکوزیته و تنش تسلیم نمونه ها و همچنین افزایش سهم الاستیسیته و رفتار اتلافی ذرات د رمدول های الاستیک و ذخیره می شود. با استفاده از نتایج ریولوژی fractal dimension ذرات 1.95 محاسبه شد. که مقدار قابل قبولی برای محیط های دارای برش است. به منظور مطالعه اثر اندازه خوشه هابر ریولوژی نمونه هایی با کسر حجمی 30 درصد در دوره های مختلف همزن (500، 1000، 2000، 3000، 4000، 5000 دور بر دقیقه ) تهیه شدند و اندازه خوشه های ایجاد شده با دستگاه analyzer particle size اندازه گیری شد. این اندازه گیری نشان داد که افزایش دور همزن لزوما سبب کاهش در اندازه خوشه ها نمی شود. آزمایشات ریولوژیکی نمونه های 30 درصد نیز مطابق با اندازه خوشه ها تغییر نشان دادند. بدین معنا که هر چه اندازه خوشه کوچکتر، مقادیر تنش تسلیم، ویسکوزیته و مدول های دینامیک و ذخیره نیز کمتر بودند. این بدلیل این است که با کاهش اندازه خوشه، خوشه ها و انبوهه های تشکیل شده مقدار سیال کمتری را در خود جای می دهند و مقدار کسر حجمی موثر ذرات کاهش پیدا می کند. از اینرو مقدار سیال غیر متحرک شده توسط ذرات کاهش پیدا می کند و ویسکوزیته سیال افزایش کمتری نسبت به سیستم های حاوی خوشه های بزرگتر خواهد داشت. همچنین با کاهش اندازه خوشه، میزان انرژی لازم برای حرکت اولیه ذرات کاهش پیدا می کند. نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با استفاده از روش بقای جمعیت، ذرات مدلسازی شدند و با بدست آوردن کسر حجمی موثر برای هر نمونه در شرایط اختلاط خاص خود قادر به پیش بینی رفتار ریولوژیکی نمونه های سوسپانسیونی شدیم.