< Terug naar vorige pagina

Project

Bevochtigingsdynamica van vloeibare polymeren

“Alles stroomt en niets blijft stil staan”. Deze quote van de Griekse filosoof Heraclitus is het motto van de tak van de wetenschap en technologie die zichzelf “dynamic wetting” noemt. Wanneer een vloeistof in contact wordt gebracht met een vast substraat zal het vloeistoffront zich namelijk spontaan voortbewegen naar een equilibrium volgens de uit balans zijnde kracht van Young. De dynamische contacthoek zal zich hierbij relaxeren tot een evenwichtstoestand. In dit kader, zal dit doctoraal proefschrift de fysisch-chemische aspecten van de bevochtigingsdynamiek van gesmolten polymeren in contact met vlakke substraten en vezels plaatsen.

 

Het bevochtigingsgedrag van vloeibare thermoplastische polymeerdruppels is erg belangrijk in de verwerking van vezelversterkte composieten. Daarnaast is de bekwaamheid van klassieke theorieën zoals de hydrodynamische benadering (HD) en de moleculair-kinetische theorie (MKT) om de bevochtigingsdynamiek gesmolten polymeren te beschrijven niet gekend. Om dit te bepalen werd de spreidingsdynamiek van polypropyleen (PP), polyvinylideenfluoride (PVDF) en met maleïnezuur geënt polypropyleen (MAPP) op vlakke glazen substraten tussen 200 °C en 260 °C onderzocht. De polymeren werden gekozen op basis van hun verschillende fysisch-chemische interacties met het glas. De viscositeit en oppervlakte-energie van de polymeren werd bepaald via reologische metingen en de hangende-druppel-methode bij verschillende temperaturen. Daarnaast werd de chemische interactie tussen MAPP en het glazen substraat gevalideerd via experimenten op basis van Fourier getransformeerde attenuatie van de totale reflectie. In termen van de spreidingsdynamiek werd aangetoond dat zowel de HD als de MKT zeer goed passende overeenkomsten met de experimentele data konden genereren. De overeenkomstige parameters waren veelbetekenend, wat relevantie voor beide modellen aangeeft. Dit leidde tot een vraag over de identificatie van het dominante energiedissipatiekanaal van de spreidingsdynamiek van gesmolten polymeren op een vlak substraat.

 

Een vezel werd daarom als substraat gekozen zodat het dominante energiedissipatiekanaal van vloeibare polymeren verder onderzocht kon worden in functie van de geometrische vezeleigenschappen, welke het verschil tussen de HD en de MKT versterken en de dissipatieregimes helpen te onderscheiden. Twee types van polydimethylsiloxaan (PDMS) met kinematische viscositeiten gelijk aan 5 mm²/s (PDMS5) en 500 mm²/s (PDMS500) werden geselecteerd als modelvloeistoffen waarmee een reeks mengsels met verschillende massaverhoudingen werd bereid. De dynamiek van de capillaire stijging van de PDMS mengsels op een vezel werden bestudeerd en de MKT en HD regimes werden bepaald op basis van hun schaalwetten. Ook werd de MKT/HD transitie van de PDMS mengsels vergeleken met die van de zuivere PDMS vloeistoffen. De transitie van de PDMS mengsels verschoof naar het regime van hogere viscositeit en dus werd verondersteld dat een bepaald mechanisme van oppervlaktesegregatie deze shift veroorzaakte.

 

Het overgangsinterval tussen de MKT en HD regimes werd verder onderzocht via twee PDMS vloeistoffen met een kinematische viscositeit bij kamertemperatuur gelijk aan 20 mm²/s (PDMS20) en 50 mm²/s (PDMS50). De capillaire stijging van deze twee vloeistoffen rondom een vezel werd bestudeerd bij verschillende temperaturen. Hierbij werd het bestaan van een scherpe transitie tussen de MKT en HD aangetoond. In deze transitie speelde de ruwheid van de vezel een belangrijke rol bij het identificeren van de dominante dissipatiekanalen. Voorbij de scherpe overgangstransitie werd geen invloed van de vezelruwheid op de dominante dissipatiekanalen vastgesteld. Een vloeibare rand net voor de schijnbare contactlijn werd waargenomen, welke verondersteld werd de viscositeitsafhankelijkheid van de dissipatiekanalen te kunnen verklaren.

Datum:10 mrt 2015 →  18 feb 2019
Trefwoorden:wetting dynamics, surface tension
Disciplines:Materialenwetenschappen en -techniek, Composieten en hybride materialen, Fysische chemie
Project type:PhD project