Polimer Karışımların Mikro Yapısını Keşfetmek için Yeni Modeller
Polimer malzemeleri yapmak için, birden fazla polimeri harmanlamak veya karıştırmak gibi iyi bilinen bir yöntem vardır. Dağınık karışımlar için, iki sıvı polimer birbiriyle iyi karışmaz, bu da yağ ve su emülsiyonlarına benzer, matris içinde damlacık denilen bir mikro yapıya yol açar. Polimer karışımın malzeme özellikleri nihai mikro yapıya bağlıdır, bu nedenle işleme geçmişi sırasında malzeme özellikleri ayarlanabilir. Bununla birlikte, nihai mikro yapının sayısal modellerle işleme geçmişine kesin olarak bağlanması, devam eden araştırmaların konusudur. Doktora çalışması için araştırma yapan Wing-Hin Wong, bu bağlantıyı daha iyi tanımlamak için mevcut sayısal modelleri genişletti ve geliştirdi.
Polimer karışımlar, belirli uygulamalar için hassas bir şekilde, malzeme özellikleri ayarlanabildiğinden endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzeme özelliklerini kontrol etmenin önemli bir yönü, polimer karışımın mikro yapısı veya morfolojisidir. Örneğin, karışımdaki bir polimer sıvının hacim oranı diğerine kıyasla yeterince küçük olduğunda matris içinde damlacık mikroyapıları oluşur. Nihai mikro yapı, bununla birlikte, polimerleri harmanlamak veya karıştırmak için kullanılan işlemlere bağlıdır.
Damlacıklar ve Sonlu Elemanlar Metodu (FEM)
Gerçekte, karışımlar çok sayıda damlacık içerir. Hesaba dayalı modeller, altta yatan mikro yapının anlaşılması açısından faydalı olabilir, ancak bir tartışma konusu vardır. Hesaplama açısından, matris içinde damlacık mikroyapı modelinde her bir damlacığı izlemek pratik değildir.
Araştırması için Wing-Hin Wong, bu yaklaşımın temeli olarak mevcut yaklaşımları kullanarak, tek tek damlacıklar yerine damlacık kümelerini izlemeyi tercih etti. Daha sonra mevcut modeli genişletti, böylece kayma akışı, eksantrik silindir akışı ve Poiseuille akışı gibi karışımların işlenmesinde kullanılan karmaşık akış durumlarını incelemek için uygulanabildi. Ayrıca model, sürekli bir Sonlu Elemanlar Metodu (FEM) yaklaşımında kullanılabilecek şekilde uyarlanmıştır.
Model ayrıca, endüstride yaygın olarak bir karıştırma cihazı olarak kullanılan çift vidalı bir ekstrüderde mikro yapı gelişimini incelemek için de kullanıldı. Bu araştırmada geliştirilen modeller, polimer karışımların işlenmesinde kullanılan akışlar ve nihai mikro yapı arasındaki ilişkinin tahmin edilmesi açısından oldukça umut verici olmuştur.
Kaynak: phys.org
