پيش‌بيني توزيع اندازه حباب‌ در سامانه ناپيوسته توليد اسفنج از پلي‌استيرن-كربن دي‌اكسيد ابربحراني

فرضيه‌: يكي از چالش‌هاي موجود در صنايع توليد اسفنج، دستيابي به خواص مكانيكي و عايق گرمايي مطلوب مورد نياز آن صنعت است كه به‌طور مستقيم با چگالي سلول و اندازه و توزيع اندازه حباب‌ها ارتباط دارد. از اين‌رو، پيش‌بيني توزيع اندازه حباب‌ها در هر سامانه توليد اسفنج به خواص نهايي اسفنج مدنظر كمك شاياني مي‌كند. هسته‌گذاري، رشد، به‌هم‌پيوستگي و تثبيت نهايي حباب‌ها، مراحل اثرگذار در خواص نهايي اسفنج است كه بايد در پيش‌بيني توزيع اندازه حباب‌ها و مرحله آزمايشگاهي به آن توجه شود.روش‌ها: در اين پژوهش، ابتدا براي پيش‌بيني هسته‌گذاري سلول از مدل اصلاح‌شده كلاسيك هسته‌گذاري و سپس از مدل تعادل جمعيتي براي پيش‌بيني توزيع اندازه حباب‌ها در يك سامانه ناپيوسته توليد اسفنج پلي‌استيرن استفاده شد. مدل‌سازي اين فرايند تك‌بعدي بوده و تغييرات قطر حباب به‌عنوان متغير مشخصه سامانه در معادله‌ها وارد شده است. مرحله توليد اسفنج در دماهاي 70، 90 و  110درجه سلسيوس، فشار 20MPa و مرحله تثبيت در زمان‌هاي 0.1 و 1sو حالت بدون تثبيت انجام شد. براي محاسبه متوسط اندازه و توزيع اندازه سلول از تصاوير SEM و نرم‌افزارهاي Axiovision.v4.82.SP2 و SPSS 26 استفاده و با نتايج مدل‌سازي مقايسه شد.يافته‌ها: با استفاده از نمودار توزيع اندازه حباب‌هاي به‌دست‌آمده از مدل‌سازي، ميانگين اندازه حباب‌ها در زمان تثبيت 1s در دماي اشباع   70 درجه سلسيوس، 4.3μm بود. با افزايش دما از 70 به 90، ميانگين اندازه حباب به 36.7μm افزايش يافت كه به‌دليل افزايش سرعت نفوذ مولكول‌هاي گاز به داخل حباب است. با افزايش مقدار گاز در پلي‌استيرن، حجم آزاد افزايش و دماي گذار شيشه‌اي كاهش يافت. در دماي 110 ميانگين اندازه سلول‌هاي حباب به78.1μm افزايش يافت و از آنجا كه اين دما بيش از دماي گذار شيشه‌اي پلي‌استيرن بوده، افرون بر سرعت زياد نفوذ گاز به داخل سلول حباب، فرايند رشد متوقف نشده و نفوذ و به‌هم‌‌پيوستگي بين حباب‌ها ادامه داشته است. در نهايت، پيش‌بيني‌هاي مدل با داده‌هاي تجربي مقايسه شد كه تطابق قابل قبولي را نشان داد.