پیش بینی توزیع اندازه حباب در سامانه ناپیوسته تولید اسفنج از پلی استیرن-کربن دی اکسید ابربحرانی

فرضیه :

 یکی از چالش های موجود در صنایع تولید اسفنج، دستیابی به خواص مکانیکی و عایق گرمایی مطلوب مورد نیاز آن صنعت است که به طور مستقیم با چگالی سلول و اندازه و توزیع اندازه حباب ها ارتباط دارد. از این رو، پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در هر سامانه تولید اسفنج به خواص نهایی اسفنج مدنظر کمک شایانی می کند. هسته گذاری، رشد، به هم پیوستگی و تثبیت نهایی حباب ها، مراحل اثرگذار در خواص نهایی اسفنج است که باید در پیش بینی توزیع اندازه حباب ها و مرحله آزمایشگاهی به آن توجه شود.

در این پژوهش، ابتدا برای پیش بینی هسته گذاری سلول از مدل اصلاح شده کلاسیک هسته گذاری و سپس از مدل تعادل جمعیتی برای پیش بینی توزیع اندازه حباب ها در یک سامانه ناپیوسته تولید اسفنج پلی استیرن استفاده شد. مدل سازی این فرایند تک بعدی بوده و تغییرات قطر حباب به عنوان متغیر مشخصه سامانه در معادله ها وارد شده است. مرحله تولید اسفنج در دماهای 70، 90 و  110درجه سلسیوس، فشار 20MPa و مرحله تثبیت در زمان های 0.1 و 1sو حالت بدون تثبیت انجام شد. برای محاسبه متوسط اندازه و توزیع اندازه سلول از تصاویر SEM و نرم افزارهای Axiovision.v4.82.SP2 و SPSS 26 استفاده و با نتایج مدل سازی مقایسه شد.

با استفاده از نمودار توزیع اندازه حباب های به دست آمده از مدل سازی، میانگین اندازه حباب ها در زمان تثبیت 1s در دمای اشباع   70 درجه سلسیوس، 4.3μm بود. با افزایش دما از 70 به 90، میانگین اندازه حباب به 36.7μm افزایش یافت که به دلیل افزایش سرعت نفوذ مولکول های گاز به داخل حباب است. با افزایش مقدار گاز در پلی استیرن، حجم آزاد افزایش و دمای گذار شیشه ای کاهش یافت. در دمای 110 میانگین اندازه سلول های حباب به 78.1μm افزایش یافت و از آنجا که این دما بیش از دمای گذار شیشه ای پلی استیرن بوده، افرون بر سرعت زیاد نفوذ گاز به داخل سلول حباب، فرایند رشد متوقف نشده و نفوذ و به هم پیوستگی بین حباب ها ادامه داشته است. در نهایت، پیش بینی های مدل با داده های تجربی مقایسه شد که تطابق قابل قبولی را نشان داد.