مدل سازي و شبيه سازي بلورينگي در نانوچندسازه بر پايه پلي پروپيلن/ گرافن در فرايند قالب گيري تزريقي

Modeling and simulation of crystallization in nanocomposite based on polypropylene/graphene for injection moulding process

براي تعيين بلورينگي در يك نانو چند سازه، استفاده از مدل چند مقياسي كه در آن دماي ماكروسكوپي و ميكروسكوپي و ريخت بلور با يكديگر در ارتباط هستند، بسيار با اهميت است. هدف از اين پژوهش، ارايه يك مدل چند مقياسي و يك روش محاسباتي چند مقياسي براي شبيه‌سازي بلوري شدن هنگام سرد شدن درپلي پروپيلن و نانوچندسازه برپايه پلي پروپيلن/گرافن است. بر اساس مدل چند مقياسي، يك الگوريتم از تركيب روش حجم محدود با روش رنگ‌آميزي پيكسلي ارايه‌شده است. روش حجم محدود در شبكه درشت براي محاسبه دماي ماكروسكوپي مورداستفاده قرارگرفته است و روش رنگ‌آميزي پيكسلي برروي شبكه ريز براي يافتن ريخت بلورها مورد استفاده قرارگرفته است. هم چنين نقش سرعت سرد كردن بررسي‌شده است. در مقايسه بين پليمر خالص و نانوچندسازه مشاهده مي شود كه با افزودن نانوذره، بلورها در مدت زمان كمتري تشكيل شده و گرافن به عنوان مكان هسته گذاري در هسته عمل كرده است. هم چنين مشخص گرديد كه ناحيه شبه هم دما در هسته افزايش بيشتري مي يابد، اين ناحيه نشان دهنده گرماي نهان آزاد شده بلورينگي است. گرماي نهان آزادشده در نانوچندسازه در زمان كمتري اتفاق مي افتد. اين نخستين بار است كه از يك مدل تركيبي چند مقياسي با الگوريتم چند مقياسي براي بلوري شدن نانو چندسازه استفاده ‌شده است.

Determination of crystallinity in nanocomposites is so important by using multiscale modeling method that relates macroscopic and microscopic temperatures and crystal morphology to each other. The purpose of this study is to present a multi-scale modeling and a multi-scale computational method to simulate crystallization during cooling in polypropylene and nanocomposite based on polypropylene/ graphene. Based on multi-scale model, algorithms are combined with finite volume method and pixel coloring. The finite volume method on a coarse network is used to calculate the macroscopic temperature and pixel coloring method on a small network to find the crystal morphology. Also the cooling rate is studied. It was also found that the pseudo isothermal region will further increase the temperature at the core; this area represents the latent heat released of crystallization. The latent heat released in the nanocomposite happens in less time. This is the first time that a multi-scale modeling is combined with a multi- scale algorithm to model the crystal structure of nano composites.