Simulasi Gerakan Jet dari Injeksi Polimer dengan Drum Kolektor

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Sumber foto: Istimewa
Sumber foto: Istimewa

Karya ini mengusulkan dan mengevaluasi program komputer menggunakan open-source platform Java simulasi mudah (EJS) yang dirancang khusus untuk mensimulasikan pergerakan jet lurus dari partikel polimer yang disuntikkan ke drum collector for pembuatan serat optik. Diyakini bahwa itu dapat membantu orang untuk bersiap mesin injeksi polimer menggunakan proses electrospinning atau ekstrusi, sebagai itu bergantung pada banyak faktor seperti kecepatan injeksi awal dan berbagai kekuatan di lingkungan alat berat.

Gerakan itu divisualisasikan di Gerakan 3D. Ada tiga kasus gerakan partikel yang disimulasikan menggunakan program. Tiga variabel keluaran seperti jarak terdekat, waktu yang berlalu dan final kecepatan, juga dibahas. Selain itu, makalah ini juga memberikan latar belakang mesin, persamaan fisika yang disederhanakan, kode program, dan penggunaannya.

Electrospinning

Mesin electrospinning dapat dibagi menjadi dua jenis berdasark ground collector-nya. Kolektor tanah itu menentukan bagaimana produk akan dibentuk. Secara umum, lembaran serat konvensional dibuat dengan menggunakan kolektor pelat tanah, yang dikenal sebagai teknik penulisan langsung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1 (a). Metode ini dapat dilakukan secara langsung dengan menyuntikkan larutan dari pompa jarum suntik ke piring. Pompa pengumpanan tekanan umumnya dilakukan menggunakan pompa jarum suntik itu.

Sumber foto: Istimewa
Sumber foto: Istimewa

Awalnya, gerakan injeksi didorong oleh tekanan yang dihasilkan dari pompa jarum suntik. Dalam kasus Gambar. 1, itu akan dari motor yang akan memutar dan memindahkan pelat belakang kecil di belakang jarum suntik. Namun, dalam proses lebih lanjut, gerakan ini juga dipengaruhi oleh medan listrik statis tegangan tinggi, yang akan ditunjukkan kemudian dalam simulasi. Dalam teknik ini, ukuran serat yang dihasilkan dapat sangat bervariasi. Ukuran tersebut mungkin tergantung pada banyak faktor seperti jarak antara kepala sprinkler dan plat pengumpul, laju aliran dan viskositas larutan, dan banyak lainnya.

Berikutnya, pengoleksi drum dapat digunakan dengan electrospinning yang sama dalam teknik penulisan langsung dengan mengganti pelat, Gambar 1 (b). Dengan menggunakan mesin jenis ini, dimungkinkan untuk mengumpulkan serat yang panjang karena memiliki drum sebagai sistem penggulungan. Dalam hal ini, pertama-tama, bahan polimer dimasukkan ke dalam alat suntik yang dilengkapi dengan jarum. Mengikuti jarum di ujung jarum suntik, pompa di belakangnya akan mendorong keluar larutan melalui jarum dan membuatnya berperilaku seperti penyemprot. Akhirnya, sumber DC tegangan tinggi diterapkan untuk membuat gaya elektrostatik. Dengan demikian, perbedaannya hanya bahwa drum bergulir digunakan di sini bukan piring. Pengumpul drum dibumikan dan diputar untuk mengakomodasi kemungkinan serat panjang, yang akan digulung ke atasnya.

Gerakan material selama tembakan di mesin electrospinning dapat diamati pada Gambar. 2. Materi tidak hanya berjalan dalam garis lurus. Padahal, itu hanya untuk jangka waktu tertentu. Bentuk itu akan segera diikuti dengan gerakan spiral karena bergerak lebih dekat ke kolektor. Gerakannya mulai menjadi spiral setelah melewati jarak tertentu dan dipengaruhi oleh banyak kekuatan. Ini terjadi begitu kecepatan yang berasal dari kecepatan awal dipengaruhi oleh tekanan di bagian belakang jarum suntik menghilang. Dengan demikian, gerakan dapat diklasifikasikan menjadi dua bagian seperti yang ditunjukkan pada gambar. Yang pertama adalah awal, yang berbentuk jet lurus. Kemudian setelah jarak tertentu, materi mulai berputar hingga mencapai kolektor. Selama seluruh gerakan ini, solusinya akan dikeringkan juga. Ini biasanya digunakan untuk evaporasi pelarut.

Proses ekstrusi

Meskipun banyak produk polimer dibuat menggunakan electrospinning, ada beberapa jenis produk yang akan lebih mudah menggunakan proses ekstrusi. terutama yang memiliki ukuran diameter yang lebih besar. Salah satu kelebihannya adalah kemungkinan untuk menghasilkan serat panjang. Sementara itu, berbagai jenis produk dapat diamati dari electrospinning, yang umumnya dalam bentuk lembaran serat. Jadi, biasanya POF diproduksi menggunakan proses ini.

Gerakan keseluruhan bahan dapat diidentifikasi dari satu partikel bahan polimer saat keluar sebagai titik-titik dari jarum suntik. Gerakannya terbentuk setelah berbagai kekuatan di sekitar lingkungan. Mereka seperti gaya viskositas-elastis, gaya tegangan permukaan, gaya elektrostatik, gaya coulomb net, gaya gravitasi, gaya tarik kolektor drum, dll. Kombinasi gaya-gaya itu akan membuat pergerakan jalur material seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2 dan 3. Namun, dalam program ini, kekuatan-kekuatan ini disederhanakan menjadi hanya beberapa kekuatan karena satu-satunya perhatian adalah jalan lurus. Mereka akan didefinisikan kemudian menggunakan hukum fisika klasik.

Gambar 3. Menarik Dengan Drum yang Berputar.
Gambar 3. Menarik Dengan Drum yang Berputar.

Easy Java Simulation

Simulasi dapat menggunakan EJS sebagai pengganti platform komersial seperti Matlab. Dengan menggunakan perangkat lunak, mudah untuk mengatur simulasi menggunakan hukum fisika. Desain dimulai dengan menentukan sumbu untuk gerakan. Kemudian, jarum suntik dan komponen lain dari mesin injeksi polimer dapat dimodelkan. Dengan merancang masing-masing komponen individu, visualisasi gerakan keseluruhan memiliki potensi untuk diterapkan pada mesin nyata.

Gambar 4. Tampilan dari Komponen.
Gambar 4. Tampilan dari Komponen.

Kemungkinan tembakan

Simulasi dapat menggunakan EJS sebagai pengganti platform komersial seperti Matlab. Dengan menggunakan perangkat lunak, mudah untuk mengatur simulasi menggunakan hukum fisika. Desain dimulai dengan menentukan sumbu untuk gerakan. Kemudian, jarum suntik dan komponen lain dari mesin injeksi polimer dapat dimodelkan. Dengan merancang masing-masing komponen individu, visualisasi gerakan keseluruhan memiliki potensi untuk diterapkan pada mesin nyata.

(a) Nilai awal. (b) Pergerakan Simulasi.
(a) Nilai awal. (b) Pergerakan Simulasi.

Kesimpulan

Dalam penelitian ini, model simulasi dikembangkan untuk menyiapkan mesin injeksi polimer dengan drum collector untuk menghasilkan POF. Program berbasis EJS awalnya telah dikembangkan. Dengan menggunakan program ini, tiga kemungkinan jalur injeksi polimer telah diuji dan dirangkum dalam tiga tabel yang sesuai dengan masing-masing variabel keluaran individu. Yang pertama adalah kasus untuk jalur yang tidak terjangkau di mana partikel tidak akan sampai di kolektor. Dalam kasus kedua, ada suatu kondisi di mana partikel akan tiba cukup dekat dengan tepi kolektor. Akhirnya, sebagai jalur yang ideal, ada partikel, yang akan menimpa kolektor.

Penulis: Erwin Sutanto

Informasi lebih detail mengenai penelitian kami dapat dilihat pada tautan berikut  : 

http://jestec.taylors.edu.my/Vol%2014%20issue%205%20October%202019/14_5_20.pdf

Program dapat didownload di:

https://sourceforge.net/projects/polymerinjection/

Forum diskusi  ada di:

https://sourceforge.net/p/polymerinjection/discussion/

Erwin Sutanto, Kunto Wandono, Djony Izak Rudyardjo, Muhammad Aziz. Taylor’s University – Jestec – Journal of Engineering Science and Technology. Vol. 14, No. 5 (2019) Pages 2716 – 2730. ISSN: 18234690.

Berita Terkait

UNAIR News

UNAIR News

Media komunikasi dan informasi seputar kampus Universitas Airlangga (Unair).

Leave Reply

Close Menu