Micromechanical modeling of semicrystalline polymers with spherulite morphology

Bu çalışmada yarı kristal polimerler için mikromekaniksel bir bünye denklemi geliştirilmiştir. Modelde bölgelerin komşularıyla etkileşimi aynı ölçekte dikkate alınmaktadır. Komşuluk bilgisi polietilenin iyi karakterize edilmiş olan küresel mikro yapı morfolojisinden alınmıştır. Bünye denkleminde kullanılan yaklaşımla benzerlikleri bulunan disk biçimli bir küresel mikro yapı modelinin şekil değiştirme özellikleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiştir. Modelde, disk biçimli küresel mikro yapı düzlemsel arayüzlerle amorf ve kristal dilimlere ayrılır. Yarı kristal polimerlerin amorf ve kristal fazlarının küresel mikro yapı ölçeğinde uyumlu şekil değiştirebilmesi, modelin ayırt edici özelliğidir. Ayrıca üç boyutlu bir küresel mikro yapı modeli daha geliştirilmiştir. Kristal fazın sadece kristalografik kayma ile plastik şekil değiştirmesi yaklaşımının, deneysel gözlemlerin aksine, küresel mikro yapıların kutup bölgelerinde kolay plastik akmaya neden olduğu bulunmuştur. Bu basitleştirme bildiğimiz tüm yarı kristal polimer modellerinde kullanılmaktadır. Basitleştirilmiş disk-biçimli küresel mikro yapı modelleri elde etmek için, birinci dereceden lamelleri istenen sayıda katmanlanma doğrultusuna izin verecek şekilde geliştirerek komşuluk ilişkilerini dikkate alan bir dizi yenilikçi yöntem önerilmiştir. Birinci dereceden lamelin tek tip gerinim alanı yaklaşımı değiştirilmediğinden, bu yöntemlerle ara yüzlerde denge ve kinematik uyum koşulları artık tam olarak birlikte sağlanmamaktadır. Önerilen yöntemler tutarlı ortalama yaklaşımlarıdır ve Hill'in enerji kriteri ile ölçeklerin ayrılması prensibini sağlar. Bu özellikleri sayesinde mikromekanik bünye denklemlerinde kullanılabilirler. Disk biçimli küresel mikro yapı ve küresel yapılarda görülen burgulu lamel yapısı bu yöntemlerle modellenmiştir. Disk biçimli modellerin davranışı yaklaşık olarak enine yönbağımsızken, burgulu lamel modelinde de istenen bir çekme-basma asimetrisi bulunmuştur. Ayrıca farklı bir basitleştirilmiş disk biçimli küresel mikro yapı modeli, tek tip gerinim alanı yaklaşımını kullanmadan paralel olmayan birinci dereceden lamellerin silindirik koordinat sisteminde uyumlu bir gerinim alanıyla birleştirilmesiye elde edilmiştir. Bu gerinim alanı lokal olmayan bünye denklemlerinin birinci dereceden lamellerle de kullanılmasını sağlayabilir. Disk biçimli küresel mikro yapı modellerinin Taylor tipi homojenleştirmeye uygun olan simetrik ve bir çok ortak kayma sistemi bulunan kristallere benzediği değerlendirilmiştir. Böylece, yüksek yoğunluklu polietilen için bir bünye denklemi rastgele yönelimli disk biçmli küresel mikro yapı modellerinin Taylor tipi homojenleştirilmesi ile elde edilmiştir. Fazların bünye denklemleri ile malzeme parametreleri ise literatürden alınmıştır. Bünye denkleminin gerilme-gerinim davranışı ve doku gelişimi literatürle uyumludur. Bünye denkleminin ultra yüksek yoğunluklu polietilene uyarlanmasına çalışılmış, yüzey dokusunun sürtünme katsayısına etkisini inceleyen sonlu elemanlar analizleri literatürden alınan bir bünye denklemiyle yapılmıştır.