Nye modeller til at udforske mikrostrukturen af ​​polymerblandinger

En velkendt metode til fremstilling af polymermaterialer er at blande eller blande flere polymerer. For disperse blandinger, to flydende polymerer blandes ikke godt med hinanden, fører til en såkaldt droplet-in-matrix mikrostruktur, som ligner emulsioner af olie og vand. Materialeegenskaberne af polymerblandingen afhænger af den endelige mikrostruktur, så materialeegenskaberne kan justeres under forarbejdningshistorien. Imidlertid, endegyldigt at forbinde den endelige mikrostruktur med bearbejdningshistorien med numeriske modeller er genstand for igangværende forskning. For sin ph.d. forskning, Wing-Hin Wong udvidede og forbedrede eksisterende numeriske modeller for bedre at beskrive denne forbindelse.

Polymerblandinger er meget udbredt i industrien, da deres materialeegenskaber kan indstilles præcist til specifikke applikationer. Et vigtigt aspekt ved at kontrollere disse materialeegenskaber er mikrostrukturen eller morfologien af ​​polymerblandingen. For eksempel, dråbe-i-matrix-mikrostrukturer dannes, når volumenfraktionen af ​​en polymervæske i blandingen er tilstrækkelig lille sammenlignet med den anden. Ikke desto mindre, den endelige mikrostruktur afhænger af de processer, der anvendes til at blande eller blande polymererne.

Dråber og FEM

I virkeligheden, blandinger indeholder et stort antal dråber. Beregningsmodeller kan vise sig nyttige med hensyn til at forstå den underliggende mikrostruktur, der er dog et stridsspørgsmål. Det er beregningsmæssigt upraktisk at spore hver enkelt dråbe i en model af en dråbe-i-matrix-mikrostruktur.

For hans forskning, Wing-Hin Wong valgte i stedet at spore klynger af dråber frem for individuelle dråber, bruge eksisterende tilgange som grundlag for denne tilgang. Han udvidede derefter den eksisterende model, så de kunne anvendes til at studere komplekse strømningssituationer, der bruges i behandlingen af ​​blandinger, såsom shear flow, excentrisk cylinderstrøm, og Poiseuille flow. Ud over, modellen blev også tilpasset, så den kunne bruges i en kontinuerlig Finite Element Method (FEM) tilgang.

Modellen blev også brugt til at studere mikrostrukturudvikling i en dobbeltskrueekstruder, som er en almindeligt brugt som en blandeanordning i industrien. Med hensyn til at forudsige forholdet mellem den endelige mikrostruktur og strømninger, der anvendes i behandlingen af ​​polymerblandingerne, modellerne udviklet i denne forskning er ret lovende.