مقاله20_بررسی رفتار ویسکوالاستیک آمیزه های - دانلود رایگان
دانلود رایگان
دانلود رایگان
| مقاله20_بررسی رفتار ویسکوالاستیک آمیزه های پلیمری با استفاده از مدل امولسیون پالیریَنفصل اوّل: رئولوژی(Rheology)
1-1 تاريخچه پيدايش رئولوژی[1] از يك طرف علم تئوری هيدروديناميك كه با معادلات حركت اولر[4] در مورد سيال ايده آل فرضی شروع می شد، تا حد قابل توجهي جلو رفت. اين سيال ايده آل، غير قابل تراكم و فاقد گرانروي و كشساني (الاستيسيته) در نظر گرفته شد. هنگام حركت اين سيال تنشهای برشی وجود نداشته و حركت كاملاً بدون اصطكاك است. روابط رياضي بسيار دقيقي براي اين نوع سيال ايده آل در حالتهاي فيزيكي مختلف بدست آمده است. بايد خاطر نشان نمود كه، نتايج حاصل از علم كلاسيك هيدروديناميك در تعارض آشكار با نتايج تجربي است(بخصوص در زمينه هاي مهمي چون افت فشار در لوله ها و كانالها و يا مقاومت سيال در برابر جسمي كه در آن حركت مي نمايد). لذا اين علم از اهميت عملي زيادي برخوردار نگشت. به دليل فوق مهندسين كه به علت رشد سريع تكنولوژي نيازمند حل مسائل مهمي بودند، تشويق به توسعه علمي بسيار تجربي، بنام هيدروليك شدند. علم هيدروليك بر حجم انبوهي از اطلاعات تجربي متكي بود و از حيث روشها و هدفهايش، با علم هيدروديناميك اختلاف قابل ملاحظه اي داشت. هيدرو ديناميك كلاسيك و تجربه در بسياري از موارد به دليل صرفنظر كردن از اصطكاك سيال است. N.S/m2 3-10×1 و گرانروي هوا N.S/m2 3-10×5/2) در مقايسه با ساير نيروها (نيروي ثقل و فشار، N/m2 105) قابل اغماض مي باشد. بنابراين مي توان پي برد كه چرا درك تأثير عامل مهمي همچون نيروي اصطكاك بر حركت سيال در تئوري كلاسيك تا اين حد مشكل بوده است. در مقاله اي تحت عنوان سيالات با اصطكاك بسيار كم كه قبل از كنگره رياضيات در هيدلبرگ[7] در 1904 قرائت گرديد، پرانتل نشان داد كه مي توان جريانات گرانرو را با شيوه اي كه داراي اهميت عملي زيادي است به دقت تجزيه و تحليل نمود. با استفاده از اصول تئوريك و برخي آزمايشهاي ساده پرانتل اثبات نمود كه جريان سيال اطراف يك جسم جامد را مي توان به دو ناحيه تفكيك نمود: جان هاپكينز[11] در هشتمين كنگره بين الملي رئولوژي گوش فرا داد:"از من خواسته شد كه درباره رئولوژي سخن بگويم، براي فرار از اداي اين وظيفه مشكل فكر مي كنم هيچ چيز بهتر از نقل قول گفتگوي دلنشيني كه با دوست عزيز و قديمي ام ماركوس رينر[12] پس از صرف شام در چهارمين كنگره بين المللي رئولوژي داشتم، نيست". او براي شروع نقل قول داستان چگونگي ساخته شدن نام رئولوژي چنين گفت: "هنگامي كه من وارد شدم (سال 1928 به شهر ايستون در ايالت پنسيلواياي امريكا، محل تولد رئولوژي) بينگهام[13] به من گفت: در اينجا شما مهندسين ساختمان و بنده شيميدان نشسته ايم و با يكديگر روي مسئلة مشتركي كار مي كنيم، با توسعة شيمي كلوئيدها مي توان به اين همكاري وسعت بخشيد. بنابراين توسعه شاخه جديدي از فيزيك كه اين قبيل مسائل را در بر گيرد، مفيد خواهد بود. من گفتم چنين شاخه اي از فيزيك قبلاً وجود داشته است (مكانيك محيط هاي پيوسته). بينگهام افزود: نه چنين عنواني شيميدانها را جلب نخواهد نمود زيرا براي آنها بيگانه است. پس از اين گفتگوها بينگهام با مشورت يك استاد زبان كلاسيك عنوان رئولوژي را براي اين شاخه از علم انتخاب نمود كه از سخن معروف هراكليتوس[14] اقتباس شده است. هراكليتوس مي گفت همه چيز در جريان است. " صنايع غذايي، خمير كاغذ، مواد شيميائي سبك و سنگين، فرآيندهاي تخميري (و عملياتي كه در آنها از روغن استفاه مي شود) فرآيندهاي سنگهاي معدني، چاپ، رنگ و غيره. از گستردگي صنايع درگير با سيالات غير نيوتني مشخص مي شود كه شناخت علم رئولوژي از ضرورت اجتناب ناپذيري برخوردار است هر چند كه اين علم هنوز در بسياري از زمينه ها قادر به پاسخگوئي مشكلات عملي نيست. 1-2 مواد از ديدگاه رئولوژي 1-2-1 پديده هاي رئولوژيكي كشساني:[19] اگر جسمي در عكس العمل به اعمال تنش خارجي تغيير شكل دهد و با حذف تنش شكل اوليه خود را باز يابد، اين پاسخ را كشسان[20] مي نامند. در عكس العمل كشسان تحت تنش خارجي پيوندهاي بين مولكولي و بين اتمي كشيده مي شوند و حالتي تعادلي بين تنشهاي بين مولكولي و تنش خارجي ايجاد مي شود. اين امر باعث تغيير شكل تعادلي در زمان بي نهايت كوتاه شده و انرژي مصرفي جهت تغيير شكل در ماده ذخيره شده و قابل بازيابي است. اگر ميزان تغيير شكل متناسب با مقدار تنش خارجي اعمال شده باشد، جسم را كشسان خطي گويند و رفتار رئولوژيكي اين مواد بوسيله قانون هوك بيان مي شود و اگر رابطه اي غير خطي حاكم باشد جسم را كشسان غير خطي مي نامند. گرانروی: مشخصه اصلي سيالات گرانرو[21] اينست كه اگر تنش خارجي (هر قدر كوچك) به آنها اعمال شود تغيير شكل داده و تا زماني كه تنش وجود دارد تغيير شكل نيز ادامه مي يابد و با حذف تنش خارجي، تغيير شكل متوقف شده، اما سيال به شكل و حالت اوليه باز نخواهد گشت. در اين مورد مولكولها قابليت حركت زيادي داشته و انرژي مصرف شده جهت ايجاد تغيير شكل را با اصطكاك بين مولكولها تلف مي كنند، و حالتي تعادلي بين انرژي مصرف شده و تلف شده ايجاد مي شود. به نحوي كه اعمال تنش ثابت به سيال باعث ايجاد نرخ تغيير شكل ثابت خواهد شد. اگر تنش با شدت برش رابطه اي خطي داشته باشد، خاصيت رئولوژيكي سيال با قانون نيوتن بيان مي شود. ولي اگر تنش با نرخ برش رابطه اي خطي نداشته باشد، سيال را سيال غير نيوتني (گرانرو كامل) مي نامند. [22]). ويسكوالاستيك:[23] اين مواد دو خاصيت گرانروي و كشساني را همزمان دارا مي باشند. يعني مقداري از انرژي مصرف شده (تنش خارجي) به كشيدن پيوندهاي بين مولكولي و اتمي تبديل شده و مقداري نيز بر اثر اصطكاك بين مولكولي تلف مي شود. در اين مورد زمان پاسخ آني نيست و بسته به نوع ماده تغيير مي كند. زمان پارامتري ديگر در مشخص كردن پاسخ مواد: نوع پاسخ ماده بستگي به زماني دارد كه تغيير شكل به جسم اعمال مي شود. مثلاً يك ماده به دو نوع تغيير شكل دو نوع پاسخ متفاوت مي دهد. اگر تغيير شكل بسيار سريع اعمال شود، پاسخ ماده به كشسان نزديكتر است و اگر تغيير شكل خيلي كند اعمال شود پاسخ ماده به گرانرو نزديكتر خواهد بود و اين رفتار ناشي از ساختمان مولكولي ماده مي باشد (كشيده شدن پيوندهاي بين ملكولي عكس العمل كشسان را به دنبال دارد و حركت ملكولها بر روي يكديگر باعث پاسخ گرانرو مي گردد كه خيلي كند است و نياز به زمان طولاني دارد). سريع و كند بودن پاسخ مواد با زمان طبيعي[24] آنها مقايسه مي گردند كه نفوذ (حركت) ملكولهاست. براي سيالات داراي گرانروي كم اين زمان بسيار كوتاه است (مثلاً براي آب 10-10 ثانيه) بنابراين آب جسمي گرانرو كامل است. از طرف ديگر، مواد جامد زمان طبيعي طولاني دارند بنابراين زمان تغيير شكل آنها خيلي سريع است و پاسخ كشسان مي باشد (مي توان گفت طي ميليونها سال صخره ها نيز حركت خواهند كرد يعني زمان زيادي نياز است كه اجسام سختي مانند سنگها نيز تحت تنش، تغيير شكل برگشت ناپذير بدهند.) اجسامي كه داراي زمان طبيعي بين دو حد كشسان و گرانرو باشند ويسكو الاستيك ناميده مي شوند. 1-2-2 تنش تسليم[25] در جامدات تنش- كرنش آن ماده در دماهاي مختلف مورد بررسي قرار مي گيرد. g (منحني الف) تغيير شكل جسم تا نقطه شكست بازگشت پذير بوده و كرنش آن معمولاً زير %2 مي باشد. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |