Mathematical modelling of rheology of filled compounds

Filled polymers represent an open wide field of research of great interest in many industrial sectors and applications. In this thesis, filled polymers are described as viscous fluids, whose viscosity depends, other than on the shear rate, both on temperature and filler concentration. In order to describe "completely" viscosity of filled compounds as a function of temperature and filler concentration, some traditional viscosity models have been corrected, employing suitable relative viscosity expressions taken from literature, together with the temperature-dependence Arrhenius model. The implementation of several viscosity models for filled polymers in the open source software OpenFOAM (based on Finite Volume Method), is provided and employed in numerical simulations of simple experimental flows. Finally, a detailed comparison between numerical results and experimental data is presented.

I polimeri caricati rappresentano un vasto ambito di ricerca di grande interesse per molti settori e applicazioni industriali. In questa tesi, i polimeri caricati sono descritti come fluidi viscosi, la cui viscosità dipende, oltre che dallo shear rate, sia dalla temperatura che dalla concentrazione del filler. Per descrivere "completamente" la viscosità dei polimeri caricati in funzione della temperatura e della concentrazione di filler, alcuni modelli tradizionali di viscosità sono stati corretti attraverso opportune espressioni di viscosità relativa, tratte dalla letteratura, insieme con l'equazione di Arrhenius per la dipendenza dalla temperatura. Si presenta l'implementazione di alcuni modelli di viscosità per polimeri caricati nel software open source OpenFOAM (basato sul Metodo ai Volumi Finiti), successivamente utilizzata nelle simulazioni numeriche di semplici flussi sperimentali. Infine, viene presentato un confronto dettagliato tra risultati numerici e dati sperimentali.