Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Monte-Carlo Simulations of Two-Dimensional Polymer Solutions with Explicit Solvent Treatment

Polanowski P., Jeszka J. K., Sikorski A.

Computational Methods in Science and Technology

|

2017

|

Vol. 23, No. 4

305--316

EN

The static properties of two dimensional athermal polymer solutions with explicit solvent molecules were studied by Monte Carlo lattice simulations using the cooperative motion algorithm (CMA). The simulations were performed for a wide range of polymer chain length N (from 16 to 1024) and polymer concentration (from 0.0156 to 1.00). The results obtained for short chains (N < 256) were in good agreement with theoretical predictions and previous simulations. For the longest chains (512 or 1024 beads) some unexpected behavior in the dilute and semidilute regimes was found. A rapid change in the concentration dependence of the end-to-end distance, the radius of gyration and the chain asphericity was observed below a critical concentration of the microphase separation, ϕc = 0.6 (for N = 1024). At concentrations lower than _c, the chains tends to be more rod-like. Single chain scattering structure factors showed changes in the fractal dimension of the chain as a function of the polymer concentration. The observed phenomena can be related to the excluded volume of solvent molecules, which leads to a modification of chain statistics in the vicinity of other chains.

2

Rheological behavior of fibre-filled polymer melts at low shear rate. Pt. 2, Experimental investigation

Hausnerova B., Honkova N., Lengalova A., Kitano T., Saha P.

Polimery

|

2008

|

T. 53, nr 9

649-656

EN

In this study, rheological properties of carbon fibre-filled polypropylene and polyethylene melts at low shear rate were measured using a cone-plate rheometer. The melts with high fibre loading show complex shear flow depending on the fibre concentration, its length and length distribution, as well as on shear rate and matrix characteristics. The existence of yield stress and time-dependent or shear-strain-dependent properties are also discussed and compared with previous results. The shear flow in the narrow gap of cone-plate rheometer influences the fibre assembly. However, the effect of low shear rate on the structure of fibre assembly is negligible.

PL

Zbadano właściwości reologiczne stopów polipropylenu i polietylenu napełnionych włóknami węglowymi w ilości do 20% obj. Pomiary wykonano za pomocą reometru stożek-płytka w zakresie niskich szybkości ścinania. Stopy o wysokim stopniu napełnienia wykazywały złożony charakter zależności przepływu ścinającego od zawartości włókien, ich długości i rozkładu długości oraz od szybkości ścinania i właściwości matrycy polimerowej. Zbadano i przedyskutowano właściwości zależne od czasu i odkształcenia przy ścinaniu oraz występowanie granicy plastyczności porównując wyniki z uzyskanymi wcześniej. Tarcie podczas przepływu stopu przez szczelinę między stożkiem a płytką reometru wpływa na zespoły włókien, ale wpływ szybkości ścinania (w badanym zakresie) na strukturę tych związków jest zaniedbywalny.

3

Rheological behavior of fiber-filled polymer melts at low shear rate. Part. 1, Modeling of rheological properties

Hausnerova B., Honkova N., Lengalova A., Kitano T., Saha P.

Polimery

|

2008

|

T. 53, nr 7-8

507-512

EN

In this review the models applied for the description of non-Newtonian liquids were presented. Highly filled polymer melts showing distinct yield stress are such liquids. The effects of forces of geometrical and physical interactions among the filler particles on the properties were discussed. These interactions forces depend on the type, size and shape of filler particles and in case of fibers also on their orientation. The deformations and flow of fibers assemblies in the melt under shear stress were discussed. The equations used for description of three- or two-dimensionally oriented fibers sets are presented.

PL

W pracy przeglądowej przedstawiono modele stosowane do opisu właściwości reologicznych cieczy nienewtonowskich, którymi są stopy polimerów o wysokim stopniu napełnienia wykazujące wyraźną granicę plastyczności. Omówiono wpływ na omawiane właściwości sił oddziaływań geometrycznych i fizycznych między cząstkami napełniacza. Siły tych oddziaływań zależą od rodzaju, wielkości i kształtu cząstek napełniacza, a w przypadku włókien, także od ich orientacji. Przedyskutowano także deformacje i przepływ zespołów włókien w stopie pod wpływem naprężeń ścinających. Przedstawiono równanie stosowane w przypadku zespołów włókien o orientacji trójwymiarowej oraz dwuwymiarowej.

4

Wpływ grzania strefowego na strukturę włókien PET i na dynamikę procesu przędzenia ze stanu stopionego. Cz. II, Model matematyczny

Blim A., Jarecki L.

Polimery

|

2007

|

T. 52, nr 9

686-700

PL

Badania dynamicznej charakterystyki procesu formowania włókien PET ze stanu stopionego z grzaniem strefowym przeprowadzono metodą modelowania komputerowego z zastosowaniem matematycznego modelu stacjonarnego procesu przędzenia pojedynczego włókna z cieczy polimerowej, krystalizującej pod wpływem naprężenia rozciągającego. Układ czterech równań różniczkowych zwyczajnych pierwszego rzędu modelu rozwiązywano metodą Runge-Kutta przy użyciu standardowych procedur numerycznych. Obliczono osiowe profile lokalnych prędkości [V(z)], gradientu prędkości (dV/dz), temperatury [T(z)], naprężenia rozciągającego [?p(z)] i stopnia krystaliczności [X(z)] formowanej strugi polimeru w odniesieniu do procesów z takimi samymi przedziałami temperatury strefy grzania, prędkości odbioru oraz z ustaloną grubością odbieranych włókien i graniczną liczbą lepkościową polimeru, jak w przypadku badanych uprzednio włókien PET opisanych w części I [9]. Obliczenia modelowe przewidują wystąpienie maksymalnej prędkości odbioru wynikającej z silnego wzrostu lepkości polimeru wskutek szybkiej krystalizacji orientowanej w warunkach większych prędkości odbioru. Prędkość maksymalna i związany z tym zakres niedostępnych dla procesu prędkości odbioru włókien zależą od temperatury strefy grzania (Tk). Obliczane osiowe profile prędkości ulegają silnej zmianie wskutek zastosowania grzania strefowego, a zakres rozciągania strugi, z maksimum osiowego gradientu prędkości, ulega znacznemu przesunięciu od filiery do zakresu wewnątrz strefy grzejnej. Konsekwencją tego jest znaczne zmniejszenie przewidywanego przez model naprężenia odbioru włókien wskutek skrócenia odcinka włókna poruszającego się z prędkością odbioru. Z obliczeń wnioskuje się, że wprowadzenie grzania strefowego o temperaturze przekraczającej o 30-40°C temperaturę zeszklenia (Tg) prowadzi do wystąpienia rozwiązania z krystalizacją na linii formowania w warunkach małych prędkości odbioru, podobnej do krystalizacji w szybkim przędzeniu bez stosowania strefy grzejnej. Zmniejszenie prędkości odbioru włókna, odpowiadające przewidywanej krystalizacji następuje w wyniku powtórnego przechodzenia polimeru przez zakres temperatury krystalizacji. Krystalizacja strugi, wywołana szybką krystalizacją orientowaną pod wpływem teraz już dużego naprężenia rozciągającego jest przewidywana przez model na bardzo krótkim odcinku osi procesu i skorelowana z silnym wzrostem naprężenia rozciągającego oraz osiągnięciem poziomu prędkości odbioru. Korelacja orientacji amorficznej obliczonej tuż przed punktem zestalenia się strugi z doświadczalnymi wartościami czynnika orientacji amorficznej badanych włókien PET świadczy o tym, że orientacja amorficzna odbieranych włókien jest ukształtowana przez naprężenie rozciągające w punkcie zestalenia. Porównanie określonej doświadczalnie orientacji amorficznej i stopnia krystaliczności badanych włókien z przewidywaniami modelowymi wskazują, że parametr krystalizacji orientowanej A zależy od temperatury polimeru. W badanym zakresie temperatury strefy grzania umiejscowionej pomiędzy Tg i temperaturą maksymalnej szybkości krystalizacji polimeru powinien on wzrastać ze wzrostem temperatury.

EN

Dynamic characteristics of PET fibers melt spinning with online zone heating was studied by computer simulation using mathematical model of the process of stationary spinning of a single filament from polymer melt, with stress-induced crystallization. The system of four differential equations (first-order ones) of the model were solved applying Runge - Kutta method using standard numerical procedures (see Eqs. 1-4). The axial local velocity profiles [V(z)], velocity gradient (dV/dz), temperature [T(z)], tensile stress [?p(z)] and crystallinity degree [X(z)] of molten polymer were calculated for the processes with the same heating zone temperature ranges, take-up velocities, fixed fibers’ diameters and limited viscosity number values as in case of PET fibers described in Part I [9] (Table 1, Fig. 5-14). Model calculations predict an occurring of maximum take-up velocity resulting from strong increase in polymer viscosity due to fast oriented crystallization at higher take-up velocities. The maximum velocity and, connected with it, the range of take-up velocity not available for the process depend on the heating zone temperature (TK). Calculated axial velocity profiles strongly change because of zone heating and the range of melt stretching with the maximum velocity gradient undergoes considerable shift from the spinneret to the heating zone. It results in considerable decrease in the fiber take-up stress, predicted by model, due to shortening of the filament section moving with the final take-up velocity. On the basis of calculations we conclude that the introduction of zone heating of temperature higher 30-40°C than glass transition temperature (Tg) leads to online crystallization of the melt at lower take-up velocities, similar to crystallization at high-speed spinning without heating zone. The decrease in take-up velocity, related to crystallization predicted, is a consequence of repeated polymer transition through crystallization temperature range. Melt stream crystallization, caused by fast oriented crystallization affected by high tensile stress is predicted in the model at very short section of the process line and is correlated with strong increase in tensile stress and reaching the take-up velocity level. The correlation of the calculated amorphous orientation just before the solidification point (Fig. 19) with experimental values of amorphous orientation factor for PET fibers investigated indicate that amorphous orientations of taken-up fibers is formed by tensile stress at solidification point. The comparison of experimentally determined amorphous orientation and crystallinity degree of the fibers tested with the model predictions (Fig. 17-19) shows that the oriented crystallization parameter A depends on the polymer temperature. In the investigated range of heating zone temperature between Tg and temperature of maximum crystallization rate parameter A should increase with increasing temperature.