Droplet Deformation, Breakup and Coalescence in Shear Flow: Effects of Confinement and Component Viscoelasticity

Wanneer verschillende polymeren gemengd worden, kunnen materialen gegenereerd worden die verbeterde eigenschappen vertonen in vergelijking met de afzonderlijke componenten. Vermits de meeste polymeren onmengbaar zijn, worden op die manier polymere blends gemaakt met een tweefazige structuur. De eigenschappen van onmengbare blends zijn sterk afhankelijk van hun morfologie, die vaak bestaat uit druppels in een matrix. Tijdens verwerking van de blends kunnen de druppels vervormen, terugtrekken naar de sferische vorm, opbreken en coalesceren. De morfologie van het eindproduct wordt bepaald door de balans tussen de verschillende processen. Voor blends bestaande uit Newtoniaanse componenten is de stromingsgeïnduceerde druppeldynamica goed gekend. De meeste polymeren zijn echter viscoelastisch. Bovendien is er in de procesindustrie een sterke trend naar miniaturisatie waardoor wandeffecten de morfologie-ontwikkeling kunnen beïnvloeden. In dit werk worden de gecombineerde effecten van elasticiteit van de componenten en geometrische begrenzing op het stationaire druppelgedrag, de druppelresponsie na opstarten of stopzetten van de stroming en op het opbreken van druppels bestudeerd. Bovendien worden druppelinteracties en coalescentie van druppels onderzocht in begrensde en onbegrensde stromingen. De druppeldynamica wordt bestudeerd met behulp van een unieke stromingscel die twee parallelle platen bevat die in tegengestelde richting roteren. Visualisatie van de druppels gebeurt met behulp van een camera en microscoop. Een Boger vloeistof werd gekozen als de viscoelastische modelcomponent omdat deze een constante viscositeit en eerste normaalspanningscoëfficiënt heeft. De experimentele data worden gebruikt om fenomenologische modellen te ontwikkelen en te valideren voor de dynamica van begrensde druppels in systemen met viscoelastische componenten. Ook worden de experimtele resultaten vergeleken met de resultaten van numerieke simulaties. Hiervoor wordt er samengewerkt met Prof. Y. Renardy (Virginia Polytechnic Institute and State University, VS) en Prof. S. Afkhami (New Jersey Institute of Technology, VS).status: publishe